Brevet FR2782281A1 — publié le 20000218

L'invention concerne des creusets pour la fusion d'un échantillon à des fins d'analyse, et en particulier un creuset en céramique poreuse. Des analyseurs pour la détermination d'éléments tels que le carbone, l'azote, l'hydrogène, l'oxygène, le soufre ou d'autres substances, telles qu'une protéine, font appel à la combustion d'une quantité pesée d'un échantillon dans un système à courant gazeux pour la détermination des sous- produits de combustion. Les gaz passent à travers des étages d'absorption et de purification et sont amenés à un analyseur pour la mesure des éléments résultants auxquels on s'intéresse. Un tel analyseur est décrit dans le brevet des EUA n 4 573 910 de la Demanderesse. Habituellement, de tels analyseurs comprennent de façon intégrée un four qui peut être un four à résistance, un four à induction ou un autre type de four qui chauffe un échantillon à l'intérieur d'un creuset jusqu'à des températures de combustion de l'ordre de 1000 C. Pour favoriser une combustion complète, une lance tubulaire est habituellement utilisée et dirige un véhicule gazeux dans l'embouchure ouverte du creuset pendant le chauffage pour faciliter la combustion de l'échantillon. Les sous-produits gazeux de combustion s'écoulent ensuite autour de la périphérie extérieure de la lance tubulaire et/ou du creuset jusque dans l'analyseur, à partir du four. La difficulté avec un tel système est que les creusets ne peuvent souvent être utilisés que pour environ 40 à 80 analyses. On a donc besoin d'un creuset qui non seulement peut être utilisé de façon répétée, mais qui favorise aussi le dégagement d'échantillons gazeux pendant la combustion. Le creuset de la présente invention satisfait à ce besoin en procurant un creuset en céramique qui peut se présenter sous la forme d'un élément en forme de godet réalisé d'une seule pièce avec un fond et une paroi latérale globalement cylindrique, ou bien constitué d'un élément cylindrique dont une extrémité est bouchée par une matière appropriée, permettant à l'échantillon d'être maintenu à l'intérieur du creuset ainsi défini et présentant des ouvertures pour permettre le passage de gaz à travers la paroi latérale du creuset. Dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, le creuset est formé d'une alumine poreuse à liaison céramique ayant un diamètre moyen de pores d'environ 150 à 350 micromètres. Le creuset céramique poreux est constitué d'un mélange d'au moins environ 92% d'alumine et d'environ 7, 5% de silice avec des quantités, à l'état de traces, de dioxyde de titane et d'oxyde de potassium. Le creuset céramique réticulé ainsi formé permet à des gaz de passer à travers la paroi latérale et permet également d'effectuer un certain nombre de cycles de combustion. Des creusets constituant une forme avantageuse de réalisation de l'invention comprennent donc un fond et ont des parois latérales dans lesquelles sont formées des ouvertures qui permettent le passage de gaz d'analyse à travers la paroi latérale du creuset. La matière restant après l'analyse peut s'accumuler progressivement à partir du fond du creuset, les ouvertures non obturées de la paroi latérale du creuset, au-dessus du fond, permettant des cycles successifs de combustion jusqu'à ce que le creuset se trouve sensiblement rempli de résidus ou de scories provenant des cycles d'analyse précédents. Ainsi qu'on peut l'apprécier, une telle construction permet d'utiliser de façon répétée un creuset tant qu'un écoulement gazeux suffisant reste possible à travers la paroi latérale du creuset. Le coût de chaque analyse est donc sensiblement réduit du fait de la possibilité d'utiliser le même creuset de façon successive, sans remplacement. La vitesse à laquelle des cycles d'analyse peuvent être effectués est accrue par le fait qu'il n'est pas nécessaire d'enlever et de remplacer le creuset aussi fréquemment. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel: la figure 1 est une vue en élévation latérale partielle, avec arrachement partiel et coupe partielle, d'un four d'analyse qui utilise un creuset selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un creuset conforme à la présente invention; la figure 3 est une vue en plan de dessus du creuset représenté sur la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe verticale d'une variante de réalisation du creuset selon l'invention; et la figure 5 est une vue en élévation de l'extrémité de gauche du creuset représenté sur la figure 4. En référence initialement à la figure 1, il est représenté un four 10 conforme à la présente invention, qui comprend un tube 12 de combustion en forme de U, orienté à peu près verticalement, définissant une chambre 14 de combustion. Le tube 12 de combustion est un élément globalement tubulaire ayant une section transversale circulaire et formé d'un quartz ou d'une matière céramique convenable. Le tube 12 de combustion est entouré d'un élément chauffant classique 16 à résistance qui entoure la zone 14 de la chambre à combustion et qui peut porter la zone de la chambre à combustion à des températures d'environ 1000 C. L'élément chauffant à résistance 16 peut être classique et est bien connu. La chambre de combustion supporte un creuset 20 selon l'invention au moyen d'un support 18 de creuset qui est poreux pour permettre aux sous-produits gazeux de combustion de s'écouler dans le tube 12 de combustion dans un sens indiqué par une flèche A jusque dans une section 30 à réactif qui comprend des bouchons 32, 36 en laine de quartz entre lesquels est placé un réactif convenable 34 dont la matière dépend de l'analyse particulière, comme cela est bien connu dans la technique. Une lance tubulaire 38 est positionnée au-dessus de l'embouchure ouverte 21 du creuset en forme de godet 20 et dirige de l'oxygène ou un autre véhicule gazeux vers l'intérieur du creuset pour favoriser la combustion d'un échantillon d'analyse 22 placé sur le fond du creuset 20. Un ensemble 40 de chargement d'échantillon est positionné au-dessus de l'extrémité de la chambre 12 de combustion et peut être du type décrit dans le brevet des EUA n 4 573 910 cité dans le présent mémoire à titre de référence. Le fonctionnement de l'ensemble 40 de chargement d'échantillon dans la chambre ne fait pas partie de l'invention hormis qu'il permet de descendre des échantillons successifs à l'intérieur du creuset 20, lequel peut être réutilisé de façon répétée du fait du trajet d'écoulement gazeux établi à travers la paroi latérale du creuset. Les sous-produits de combustion s'écoulent à travers la chambre 30 à réactif et à travers un ensemble 50 à piège à poussières pour sortir par un conduit 52 vers un analyseur. Dans une forme avantageuse de réalisation, le four 10 peut être généralement du type disponible dans le commerce auprès de Leco Corporation, St Joseph, Michigan, modèle n 616-197 utilisé conjointement avec un analyseur à azote tel que le modèle n 601-500, également connu sous le nom d'analyseur FP 528. Le creuset poreux 20, qui permet des utilisations successives pour des analyses multiples, sera à présent décrit en regard des figures 2 et 3. Le creuset 20 comporte un élément globalement en forme de godet ayant un fond 24 en forme de disque réalisé d'une seule pièce avec une paroi latérale cylindrique 26. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, le creuset présente un diamètre intérieur d'environ 19,8 mm et un diamètre extérieur d'environ 28,6 mm, ayant donc une épaisseur de paroi latérale d'environ 4,38 mm, et il présente une hauteur globale d'environ 10 cm. Le diamètre moyen des pores du creuset en céramique est d'environ 210 micromètres, bien que la plage d'environ 150 à 350 micromètres soit appréciée. La porosité de la paroi latérale du creuset peut être ajustée au moyen de la fabrication d'un creuset employant des techniques classiques de fabrication pour former la matière céramique réticulée utilisant habituellement des grains d'alumine pour former une suspension avec de la silice et un ciment à porcelaine. Le creuset est moulé dans son état vert et, à la suite de la cuisson, présente une matrice de matière céramique ayant un diamètre moyen des pores d'environ 150 à 350 micromètres, déterminé par la dimension des grains d'alumine. Le débit d'écoulement de gaz à travers de tels creusets s'établit à environ 6,15 dm3/s à un diamètre de pores de 150 micromètres, à une valeur de 16,5 à 21,2 dm3/s à un diamètre de pores de 210 micromètres et à une valeur d'environ 33,0 à 37,75 dm3/s à un diamètre de pores de 350 micromètres, sous une pression gazeuse d'environ 280 kPa. La matière utilisée pour le creuset comprend un mélange d'alumine et de silice avec des éléments, à l'état de traces, constitués de dioxyde de titane et d'oxyde de potassium. Dans la forme préférée de réalisation, l'alumine (A1203) constitue environ 92% du mélange de la matière céramique. La silice (SiO2) constitue environ 7,5%, tandis que l'oxyde de titane (TiO2) constitue environ 0,125% et qu'une quantité à l'état de traces d'oxyde de potassium était également présente. Ces deux derniers composés sont des impuretés habituelles qu'on trouve dans les matières à base d'alumine et de silice utilisées pour la fabrication des céramiques. Après que la barbotine a été mise en forme habituellement sur un substrat qui peut être éliminé en étant brûlé, la matière céramique est comprimée suivant la forme du creuset. La pièce verte devant former le creuset est ensuite cuite d'une manière classique pour éliminer la matière du substrat et lier l'alumine et la silice en une matrice à pores ouverts ayant un diamètre moyen des pores d'environ 150 à 350 micromètres. Avec un creuset poreux tel qu'illustré sur la figure 2, des échantillons d'analyse successifs 22 peuvent être placés à l'intérieur du creuset en étant supportés par le fond 24, et la paroi latérale 26 permet le passage des gaz de combustion à travers elle pendant un nombre considérable de cycles d'analyse qui aboutissent à l'accumulation, au cours des cycles successifs, d'une couche 22' de cendres ou de scories à partir du premier échantillon jusqu'à ce que le fond du creuset et la paroi latérale soient sensiblement obstrués pour ne plus permettre le passage des sous-produits de combustion. Avec de tels creusets, le nombre d'analyses peut aller d'environ à 500 suivant la taille de l'échantillon et la nature de ses sous-produits de combustion. Par conséquent, des creusets qui sont configurés de façon à présenter des ouvertures à travers les parois latérales, avantageusement sous la forme d'espaces interstitiels, mais qui pourraient également être de la nature de fentes, de petits orifices ou d'autres passages formés à travers la paroi latérale du creuset, permettent d'utiliser le creuset pour de multiples analyses. De plus, on peut utiliser d'autres matières, telles que du quartz ou des alliages pour hautes températures. Au lieu du creuset 20 en forme de godet montré sur les figures 1 à 3, on peut également utiliser un creuset 60 représenté sur les figures 4 et 5. Le creuset 60 est un manchon cylindrique céramique formé de la même matière et par le même procédé que ceux du creuset 20 en forme de godet montré sur les figures 2 et 3; cependant, il présente une embouchure ouverte 61 destinée à recevoir en elle un échantillon ainsi qu'un véhicule gazeux et il supporte un échantillon 22 dans la zone centrale de la paroi latérale 62 du creuset. L'extrémité opposée 63 du creuset 60 est obturée par un disque 70 formé de poudre d'alumine ayant une épaisseur d'environ 3,2 mm, en arrière duquel est pressée une pièce de laine de quartz 72 ayant une épaisseur d'environ 12,7 mm. La longueur globale du creuset 60 est d'environ 10 cm, et son diamètre intérieur est d'environ 19,8 mm et son diamètre extérieur d'environ 28,6 mm, donnant une épaisseur de paroi d'environ 4,38 mm. L'écoulement de gaz dans le creuset 60 peut s'effectuer à travers à la fois la paroi latérale, comme indiqué par une flèche B sur la figure 4, et à travers l'extrémité 63 comme indiqué par une flèche C. Le creuset 60 est habituellement utilisé dans une chambre de combustion orientée horizontalement, à la différence de la chambre orientée verticalement telle que montrée sur la figure 1 et, de même que le creuset 20, il présente une porosité correspondant à un diamètre de pores d'environ 150 à 350 micromètres pour permettre un tel passage des sous-produits gazeux de combustion. Par conséquent, que ce soit le creuset 20 ou le creuset 60, les creusets peuvent être utilisés de façon répétée jusqu'à ce que les pores ou orifices formés à travers la paroi latérale des creusets soient obstrués par des résidus. Cette construction réduit donc le coût de traitement des échantillons et permet l'analyse d'échantillons multiples sans qu'il soit nécessaire d'enlever et de remplacer fréquemment les creusets. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au creuset d'analyse décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Creuset pour analyse, caractérisé en ce qu'il comporte un creuset (20) en forme de godet formé d'une matière céramique poreuse permettant à des sous-produits gazeux de combustion de s'échapper à travers ledit creuset pendant des analyses successives. 2. Creuset selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière céramique présente un diamètre de pores d'environ 150 à 350 micromètres. 3. Creuset selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière céramique comprend de l'alumine et de la silice. 4. Creuset selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière céramique comprend environ 92% d'alumine et environ 7,5% de silice. 5. Creuset selon la revendication 4, caractérisé en ce que le creuset en forme de godet comporte un fond (24) en forme de disque réalisé d'une seule pièce avec une paroi latérale globalement cylindrique (26). 6. Creuset pour analyse, caractérisé en ce qu'il comprend un creuset céramique (20) en forme de godet ayant une paroi latérale (26) traversée par des ouvertures pour permettre l'échappement de sous- produits gazeux de combustion à travers cette paroi latérale. 7. Creuset selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ouvertures sont des pores dans la matière céramique. 8. Creuset selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière céramique présente un diamètre de pores d'environ 150 à 350 micromètres. 9. Creuset selon la revendication 8, caractérisé en ce que la matière céramique comprend de l'alumine et de la silice. 10. Creuset selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matière céramique comprend environ 92% d'alumine et environ 7,5% de silice. 11. Creuset selon la revendication 10, caractérisé en ce que le creuset en forme de godet comporte un fond (24) en forme de disque réalisé d'une seule pièce avec une paroi latérale globalement cylindrique (26). 12. Creuset pour analyse, caractérisé en ce qu'il comprend un creuset cylindrique (60) ayant une paroi latérale (62) formée d'une matière céramique poreuse permettant l'échappement de sous-produits gazeux de combustion à travers cette paroi latérale. 13. Creuset selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une extrémité du creuset cylindrique est fermée par un bouchon poreux (70). 14. Creuset selon la revendication 13, caractérisé en ce que la matière céramique présente un diamètre de pores d'environ 150 à 350 micromètres. 15. Creuset selon la revendication 14, caractérisé en ce que la matière céramique comprend de l'alumine et de la silice. 16. Creuset selon la revendication 15, caractérisé en ce que la matière céramique comprend environ 92% d'alumine et environ 7,5% de silice. 17. Creuset pour analyse, caractérisé en ce qu'il comporte un creuset (20 ou 60) supportant un échantillon, ayant une paroi (26 ou 62) traversée par des ouvertures pour permettre l'échappement de sous- produits gazeux de combustion à travers cette paroi. 18. Creuset selon la revendication 17, caractérisé en ce que la paroi du creuset est une paroi latérale (26 ou 62). 19. Creuset selon la revendication 18, caractérisé en ce que le creuset est globalement en forme de godet (20). 20. Creuset selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il est formé d'une matière céramique poreuse. 21. Creuset selon la revendication 20, caractérisé en ce que la matière céramique présente un diamètre de pores d'environ 150 à 350 micromètres.