Brevet FR2733921A1 — publié le 19961115

L'invention concerne un filtre pour cellule de mesure électrochimique avec un boîtier et un matériau de filtre, contenu à l'intérieur. Par l'état de la technique on connaît différentes propositions pour équiper des cellules de mesure électrochimiques de manière que pour déceler un composant gazeux déterminé dans un mélange de gaz, donc par exemple CO en mélange avec H2S, d'une part des conditions de diffusion contrôlées sont données et d'autre part la rétention de10 composants gazeux "gênants", donc par exemple H2S, est assurée. On connaît pour cela d'une part, pour limiter l'arrivée à la cellule de mesure d'un composant gazeux à déceler, des diaphragmes dits de diffusion, qui sont décrits15 par exemple dans le document EP 0016423 Ai et qui ont pour but de contribuer à l'optimisation des conditions de mesure électrochimique. D'autre part, on insère entre le mélange gazeux et la cellule de mesure proprement dite, des filtres pour éliminer du mélange par exemple l'humidité, la poussière20 ou en particulier des composants gazeux gênant la mesure, qui sinon fausseraient le signal de mesure de la cellule de mesure. Dans le document DE 27 09 903 C2 est décrit un dispositif de mesure de gaz avec une barrière de diffusion et un capillaire.25 Dans le document DE 34 45 638 C2 il est décrit que pour un dosimètre de gaz colorimétrique, on prévoit pour la séparation de l'humidité, une couche filtrante dans l'entrée de gaz. Les filtres du marché soit sont reliés fixement à la cellule de mesure et ne sont pas interchangeables, soit ils causent des signaux de perturbation du fait de courants de fuite par la dérivation entre le boîtier du filtre et la cellule de mesure proprement dite. Ces courants de fuite sont dus au fait que les filtres ne sont pas adaptés de manière35 absolument étanche aux gaz dans le boîtier de la cellule de mesure et que donc on ne peut guère éviter que des composants gazeux gênants ne s'écoulent, du fait du gradient de potentiel existant, directement à travers cette fente d'air, sans passer à travers le matériau filtrant, et parviennent dans la cellule de mesure o ils provoquent le signal de5 perturbation. L'invention a pour but de proposer un filtre pour cellules de mesure électrochimiques, qui soit d'une construction simple et qui assure largement que des composants gazeux gênants, provenant d'un mélange de gaz, ne10 parviennent pas dans la cellule de mesure. Ce but est atteint en ce que le boîtier du filtre est constitué d'un matériau poreux, perméable aux gaz. Il s'est avéré, de manière surprenante, qu'avec un boîtier de filtre en matériau poreux, perméable aux gaz, avec un matériau filtrant se trouvant à l'intérieur, liant sélectivement les composants gazeux gênants, les composants gazeux gênants parvenant habituellement directement dans la cellule de mesure, à travers la fente d'air entre la cellule de mesure et le boîtier de filtre, en tant qu'écoulement de20 dérivation, peuvent pratiquement être totalement captés. Ceci s'effectue en ce que la fente d'air entre la cellule de mesure et le boîtier du filtre est "chimiquement vidée par pompage" par le matériau filtrant, car la paroi est perméable aux gaz et conformément au gradient de concentration radial,25 le composant gazeux gênant s'écoule radialement par rapport au matériau filtrant, à l'intérieur du boîtier et y est sélectivement lié. L'effet de l'écoulement radial à travers la paroi du boîtier est d'autant plus grand que la distance d'écoulement h du gaz parallèlement à la paroi du boîtier est30 plus longue et que l'épaisseur d de la paroi du boîtier est plus petite. Il s'est avéré avantageux que ce rapport h/d soit au moins égal à 3 et en particulier supérieur à 5. Le matériau du boîtier doit être, de préférence, un matériau uniformément poreux, perméable aux composants gazeux gênants,35 hydrophobe et chimiquement résistant. Conviennent à cet effet, par exemple, les matériaux frittés. Le polytétrafluoréthylène (PTFE) s'est révélé particulièrement adapté. Le matériau filtrant est habituellement utilisé sous forme de granules et contient des substances liant sélectivement les composants gazeux gênants. Ces matériaux5 filtrants peuvent être désignés comme matériaux filtrants de sorption et sont connus par l'état de la technique. Un filtre suivant l'invention est décrit ci- après en référence à un exemple de réalisation. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale centrale d'un filtre cylindrique, la figure 2 est une vue de dessus du filtre de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une cellule de mesure électrochimique. Le filtre cylindrique représenté est constitué d'un boîtier 10 en PTFE poreux, perméable aux gaz, et du matériau filtrant 2 contenu à l'intérieur, par exemple sous forme de pastilles en poudre de PTFE pressée en disque, avec une substance liant sélectivement les composants gazeux20 gênants. Le boîtier du filtre a un épaisseur de paroi d d'environ 1 mm et est constitué d'un élément 1 inférieur, en forme de pot et d'un élément supérieur sous la forme d'un couvercle 3 de fermeture, qui présente ici un diamètre légèrement plus grand que l'élément 1 en forme de pot et25 dépasse de celui-ci. Le couvercle 3 est relié de manière étanche aux gaz avec l'élément 1, par un moyen d'étanchéité 4. Le moyen d'étanchéité 4 peut être par exemple une couche de silicone ou une feuille de polyéthylène soudée. Le moyen d'étanchéité 4 a pour fonction d'opérer un effet de barrière30 pour un composant gazeux gênant, pénétrant à partir du haut (donc de l'extérieur): par exemple le filtre représenté est introduit en tant qu'insert dans le logement d'une cellule de mesure électrochimique. Le mélange gazeux à mesurer se trouve, selon la figure 1, au-dessus du couvercle 3, tandis35 que la cellule de mesure enferme radialement l'élément 1 inférieur, en forme de pot, jusqu'à hauteur du moyen d'étanchéité 4, éventuellement jusqu'au couvercle 3 compris, de sorte que la cellule de mesure et le filtre sont assemblés en alignement. De ce fait le filtre est enfilé de manière réversible dans la cellule de mesure et peut au besoin être 5 échangé. Sur la face supérieure du couvercle 3 est appliqué un diaphragme de diffusion 5 sous la forme d'une feuille soudée ou collée, imperméable aux gaz, qui présente des orifices de passage 6, par exemple sous la forme de fentes. Des feuilles de métal ou des feuilles de matière plastique10 conviennent par exemple comme matériau. Suivant le dimensionnement de la cellule de mesure et les conditions de mesure, le nombre, la taille et la distribution des orifices de passage 6 servent à commander la diffusion du gaz dans le filtre et la cellule de mesure électrochimique non15 représentée sur la figure 1 ainsi que finalement la mesure proprement dite. Le diaphragme de diffusion 5 peut être référencé, suivant la spécification, par des marquages ou des couleurs appropriées pour l'utilisation qui convient et peut être changé en conséquence par l'utilisateur. D'une manière générale il est souhaitable d'obtenir un écoulement du gaz aussi uniforme que possible sur la section transversale d'écoulement, afin de solliciter uniformément la cellule de mesure. Il s'est avéré qu'un composant gazeux gênant s'écoulant directement vers l'électrode de mesure,25 généralement dans la fente d'air entre la paroi du boîtier et la cellule de mesure, est pratiquement totalement dévié dans la direction radiale d'écoulement vers le matériau filtrant 2, lorsque la distance d'écoulement du gaz le long du boîtier est au moins 3 à 5 fois supérieure à la distance d'écoulement radial à travers la paroi du boîtier. Cette déviation - ici radiale - en direction du matériau filtrant découle du gradient de concentration en direction du matériau filtrant 2 et de la possibilité du passage du gaz à travers le boîtier 10 poreux, perméable aux gaz. Le composant gazeux à déceler, par exemple CO, peut par contre parvenir par diffusion également directement en direction de l'électrode de mesure, à travers la paroi poreuse du boîtier, de sorte que la sensibilité de la cellule de mesure dans son ensemble est accrue et que des effets gênants d'accumulation, du fait de quantités de gaz non évacuées, sont réduits. Par exemple le5 diamètre de l'élément 1 est de 12 mm, sa hauteur h de 6 mm et le dépassement périphérique du couvercle 3 d'environ 1 mm. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une cellule de mesure électrochimique 11 avec le boîtier 10 suivant l'invention. Les mêmes composants sont désignés par10 les mêmes références que sur les figures 1 et 2. La cellule de mesure électrochimique 11, représentée de manière schématique, possède une chambre d'électrolyte 12, remplie d'un électrolyte 13, qui est séparée, vers le composant gazeux à déceler, par une membrane de diffusion 14 et qui15 présente une électrode de mesure 15 ainsi qu'une contre- électrode non représentée sur la figure 3. Au-dessus de la membrane de diffusion 14 il est prévu dans la cellule de mesure électrochimique 11, une fixation 17 en forme de pot avec languettes à déclic 20 pour le logement du boîtier de20 filtre 10. Un composant gazeux pénétrant dans une fente d'air 18 entre le boîtier 10 et la fixation 17, indiqué schématiquement par une flèche 19, s'écoule conformément au gradient de concentration radial à l'intérieur du boîtier de filtre 10, la fente d'air étant "chimiquement vidée par25 pompage". Il est donc possible de renoncer à une étanchéité coûteuse du boîtier 10 par rapport à la cellule de mesure électrochimique 11, dans la région des languettes à déclic 20. REVENDICATIONS 1. Filtre pour cellule de mesure électrochimique avec un boîtier (10) et un matériau de filtre, contenu à l'intérieur, caractérisé en ce que le boîtier (10) du filtre est constitué d'un matériau poreux, perméable aux gaz. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau poreux, perméable aux gaz est du polytétrafluoréthylène (PTFE).10 3. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le boîtier (10) du filtre est constitué d'un élément (1) inférieur, en forme de pot, et d'un élément supérieur en forme de couvercle (3) de fermeture.15 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le couvercle (3) de fermeture est pourvu sur le côté extérieur d'un diaphragme de diffusion (5) imperméable aux gaz avec des orifices de passage (6). 5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices de passage (6) se présentent sous la forme de plusieurs fentes. 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi du boîtier (10) du filtre est comprise entre 0,5 et25 1,5 mm. 7. Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport de la hauteur h de l'élément (1) en forme de pot à son épaisseur de paroi d, est au moins de 3, de préférence supérieur ou égal à 5.30 8. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'entre le bord supérieur de l'élément (1) en forme de pot et la zone de bordure extérieure, inférieure du couvercle (3), est appliqué un moyen d'étanchéité (4) pour la liaison étanche aux gaz de l'élément (1) et du couvercle (3).