Brevet FR2692354A1 — publié le 19931217

DISPOSITIF POUR LA DETECTION. PAR SPECTROPHOTOMETRIE DE FLAMME. D'ELEMENTS CONTENUS DANS L'AIR AMBIANT. La présente invention concerne un dispositif pour la détection, par spectrophotométrie de flamme, d'éléments tels que, par exemple, du chlore ou du soufre, contenus dans l'air ambiant. D'une manière générale, on sait que la spectrophotométrie de flamme est une méthode consistant à effectuer une analyse spectrographique du rayonnement produit par la flamme d'un mélange gazeux incluant les éléments à analyser. Dans le cas de l'analyse de l'air ambiant, la flamme est habituellement obtenue par la combustion, à l'intérieur d'un brûleur, d un courant d'hydrogène à débit constant dans le flux d'air à analyser. Ce dernier est engendré en créant, dans le circuit d'échappement du brûleur par exemple grâce à une turbine, une dépression, de manière à provoquer, au niveau du circuit d'admission, une aspiration de l'air à prélever. Dans les appareils de détection réalisés à l'heure actuelle, le circuit d'admission est le plus souvent disposé coaxialement à la chambre de combustion et à l'optique de l'analyseur spectrophotométrique, tandis que le circuit d'échappement sort latéralement du brûleur, les orifices d'admission et d'échappement étant placés en deux emplacements distincts relativement distants l'un de l'autre. Il s'avère que ces appareils présentent un certain nombre d'inconvénients. - Ils sont particulièrement sensibles aux poussières aspirées par le circuit d'admission qui faussent les mesures effectuées. - Compte tenu du fait que le circuit d'admission est coaxial à l'optique de l'analyseur, l'élément photosen sible utilisé par celui-ci se trouve exposé aux rayon nements ionisants présents sur le lieu où l'on effectue le prélèvement (par exemple dans le cas où celui-ci est radioactif). L'usage de chicanes appropriées pour évi ter cet inconvénient ne constitue pas une solution satisfaisante, en raison des problèmes de contamina tions qu'elle implique (accumulation de contaminants chimiques ou radioactifs difficiles à extraire en rai son des chicanes). - Un autre inconvénient important des appareils actuelle ment utilisés consiste en ce qu'en fonction de l'amplitude et de l'orientation de l'appareil par rap port au vent, les orifices d'admission et d'échappement sont sujets à des variations importantes de pression (gradients de pression dont le sens peut s'inverser) pouvant conduire à une inversion du sens de circulation de l'air dans le brûleur malgré l'action de la turbine, avec extinction de la flamme. Cet inconvénient est par ticulièrement important dans le cas où l'appareil de détection doit pouvoir se monter sur un véhicule et doit pouvoir fonctionner pendant les déplacements de ce véhicule, dans un "vent" relatif à vitesse relativement élevée. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Pour parvenir à ces résultats, elle propose de faire déboucher les orifices d'admission et d'échappement du brûleur dans un tube, à l'intérieur duquel une turbine engendre une circulation forcée d'air et dont les ouvertures d'entrée et de sortie sont placées de manière à ce que la pression engendrée par le vent au niveau de l'ouverture d'entrée soit sensiblement compensée par la pression engendrée par le vent au niveau de la sortie et que la circulation d'air à l'intérieur du tube résulte essentiellement de l'action de la turbine. Avantageusement, le tube pourra présenter une forme cylindrique axée perpendiculairement à son axe de déplacement et/ou à la direction du vent. En pratique, lorsque l'appareil occupe une position fixe par rapport au sol ou est mobile parallèlement au sol, le tube pourra être axé verticalement. Par contre, dans le cas où l'appareil est monté sur un véhicule tel qu'un aérodyne, le tube pourra être axé perpendiculairement à l'axe de déplacement de ce véhicule. Dans tous les cas, la circulation forcée de l'air à l'intérieur du tube pourra être assurée par une turbine coaxiale, située de préférence du côté de l'ouverture d'entrée. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel La figure unique est une vue schématique d'un appareil selon l'invention, dont la buse ainsi que le blindage sont représentés en coupe axiale. Dans cet exemple, l'appareil d'analyse par spectrophotométrie de flamme fait intervenir un brûleur 1 comprenant un corps tubulaire 2 délimitant une chambre de combustion 3 refermée, d'un côté, par un fond 4 et, de l'autre côté, par un opercule 5 présentant une ouverture circulaire coaxiale dans laquelle est montée une lentille 6. A l'extérieur du brûleur 1 et dans l'axe de cette lentille 6, est disposée une cellule optoélectronique 7, d'un dispositif de spectrophotométrie de flamme (un système de filtrage rotatif étant éventuellement interposé entre la lentille 6 et la cellule 7). La chambre de combustion 3 présente un orifice d'échappement latéral 8 raccordé à un circuit d'échappement 9 muni d'une turbine 10 actionnée par un moteur 11. Le fond 4 du brûleur 1 présente un perçage en communication avec une buse mélangeuse coaxiale 12 qui s'étend sur une fraction de la longueur de la chambre de combustion 3 et qui communique, d'une part, à un conduit d'admission de gaz à analyser 14 (qui traverse le fond) et, d'autre part, à un conduit d'injection d'hydrogène 15 qui traverse radialement la paroi longitudinale de la chambre 3. L'ensemble de l'appareil précédemment décrit est logé dans un boîtier 16 revêtu d'un blindage, par exemple en plomb, apte à assurer une protection notamment contre les rayonnements ionisants (rayons a, ss, y) et les ondes électromagnétiques. Ce boîtier 16 présente, au niveau de l'une de ses extrémités, deux ouvertures circulaires coaxiales 17, 18 respectivement formées sur deux faces opposées 19, 20 et reliées l'une à l'autre par un tube cylindrique 21. Ce tube, à l'intérieur duquel débouchent les orifices d'aspiration 22 et d'échappement 23 des circuits d'admission 14 et d'échappement 9, est équipé d'une tur bine 24 actionnée par un moteur 25, cet ensemble étant placé coaxialement au voisinage de l'ouverture 17. Grâce à cette disposition, la turbine 24 engendre, à l'intérieur du tube, un courant d'air forcé de nature tourbillonnaire qui crée un effet de "cyclone" tendant à repousser les matières en suspension dans l'air (poussières) vers les parois du tube et à purifier l'air, au voisinage de son axe longitudinal. Ainsi, en centrant les orifices d'aspiration 22 et d'échappement 23 coaxialement au tube 21 et en les orientant en sens inverse du sens de circulation de l'air, on s'affranchit du problème posé par les poussières. Le problème posé par les variations de pression qui règnent au niveau des orifices d'aspiration et d'échappement 22, 23, en fonction de l'amplitude et de l'orientation du vent, est ici résolu, grâce au fait que l'on prévoit, en regard de chacune des deux ouvertures 17, 18 du tube 21, deux déflecteurs respectifs 26, 27, en forme de disque, qui s'étendent parallèlement aux parois 19 et 20 et qui délimitent, avec celles-ci, deux ouvertures cylindriques coaxiales respectives 28, 29. Grâce à une telle disposition, quelle que soit son orientation, l'action du vent sera la même au niveau des deux ouvertures 28, 29, et le flux d'air engendré par la turbine 24 ne pourra pas s'inverser. En conséquence, la pression d'air à l'entrée des orifices d'admission et d'échappement 22, 23, qui dépend de la vitesse de circulation du flux d'air engendré par la turbine 24, ne sera que très faiblement affectée par des variations d'amplitude et d'orientation du vent. Avantageusement, les positions axiales relatives et les sections des orifices d'admission et d'échappement 22, 23 seront prévues de manière à obtenir, au niveau de ces deux orifices, un écart de pression favorisant la circulation de l'air à l'intérieur de l'appareil de spectrophotométrie. Un avantage important de la solution précédemment décrite consiste en ce qu'elle permet de résoudre le problème de givrage qui se pose lorsque la température ambiante est négative, en raison de la teneur importante des gaz d'échappement en humidité. En effet, ces gaz se trouvent considérablement dilués dans le flux d'air engendré par la turbine 24, et seule, une très faible partie de ces gaz ne viendra au contact des parois froides (essentiellement du déflecteur 26) de l'appareil. Le problème relatif aux rayonnements ionisants éventuellement présents dans les lieux où s'effectue la mesure est également résolu en utilisant des déflecteurs 26, 27 réalisés en un matériau étanche aux rayonnements ionisants (par exemple le matériau utilisé pour le blindage) qui forment, avec le blindage du boîtier 16, des chicanes, rendant impossible toute propagation de ces rayonnements à l'intérieur du boîtier 16. Dans l'exemple précédemment décrit, la turbine 24, placée à l'entrée 17 du tube 21, refoule l'air dans la zone où se trouvent situés coaxialement les orifices d'admission et d'échappement 22, 23. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à une telle disposition. En effet, la turbine 24 pourrait équiper l'orifice de sortie de la buse (comme représenté en traits interrompus) et effectuer une aspiration de l'air provenant de cette dernière. En outre, il est possible de prévoir entre les orifices d'admission et d'échappement 22, 23, un élément déprimogène ajustable créant une réduction de la section de passage du flux d'air véhiculé par la turbine 24. Cet élément déprimogène 30 provoque en effet un accroissement de la pression dans la zone amont Z1 du tube 2, contenant l'orifice d'admission 22 et une diminution de la pression dans la zone aval Z2 du tube 21 contenant l'orifice d'échappement 23 (effet Venturi). En raison de l'écart de pression obtenu entre l'orifice d'admission 22 et l'orifice d'échappement 23, on obtient une circulation spontanée de l'air à l'intérieur du spectrophotomètre qui s'ajoute ou même peut remplacer celle engendrée par la turbine 10. Bien entendu, dans ce dernier cas, la turbine 10 peut être supprimée. Revendications 1. Dispositif pour la détection, par spectrophotométrie de flamme, d'éléments contenus dans l'air ambiant, ce dispositif comprenant un brûleur (1) à l'intérieur duquel est réalisée la combustion, dans un courant d'hydrogène, du flux d'air à analyser qui est engendré, entre un orifice d'admission (22) et un orifice d'échappement (23), grâce à une première turbine (10), caractérisé en ce que lesdits orifices d'admission et d'échappement (22, 23) débouchent dans un tube (21) à l'intérieur duquel est engendrée une circulation forcée d'air grâce à une seconde turbine (24) et dont les ouvertures d'entrée et de sortie (17, 18) sont placées de manière à ce que la pression engendrée par le vent au niveau de l'ouverture d'entrée (17) soit sensiblement compensée par la pression engendrée par le vent au niveau de l'ouverture de sortie (18) et que la circulation d'air à l'intérieur du tube résulte essentiellement de l'action de la turbine (24). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (21) présente une forme cylindrique axée perpendiculairement à son axe de déplacement et/ou à la direction du vent. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube (21) est axé verticalement. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la circulation forcée de l'air à l'intérieur du tube (21) est assurée par une turbine coaxiale (24) située dans le tube (21), du côté de l'ouverture d'entrée (17). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ses éléments sont logés dans un boîtier (16) revêtu d'un blindage apte à assurer une protection contre les rayonnements ionisants, ce boîtier (16) comprenant deux ouvertures circulaires (17, 18) respectivement formées sur deux de ses faces opposées et reliées l'une à l'autre par le susdit tube (21). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdits orifices d'admission et d'échappement (22, 23) sont disposés coaxialement au susdit tube (21). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux déflecteurs circulaires (26, 27) respectivement situés en regard des susdites ouvertures (17, 18) et qui délimitent, avec les susdites faces (19, 20), deux ouvertures cylindriques (28, 29) coaxiales au tube (21). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les susdits déflecteurs (26, 27) sont réalisés en un matériau étanche aux rayons ionisants. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élément déprimogène (30) est placé dans le tube (11), entre les susdits orifices d'admission et d'échappement (22, 23) de manière à créer une augmentation de pression au niveau de l'orifice d'admission (22) et une diminution de pression au niveau de l'orifice d'échappement (23). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'écart de pression engendré par l'élément déprimogène (30) entre l'orifice d'admission (22) et l'orifice d'échappement (23) crée à l'intérieur du dispositif, un courant d'air pouvant se substituer à celui de la susdite première turbine (10). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la susdite première turbine est supprimée.