BE897570A

BE897570A - Appareil electrochimique pour surveiller la presence et/ou mesurer la concentration d'un gaz

Info

Publication number: BE897570A
Application number: BE0/211384A
Authority: BE
Original assignee: British Nuclear Fuels Ltd
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-02-20
Also published as: ES8406735A1; IT1200969B; DE3330281A1; NL8302946A; FR2532054B1; CA1200841A; ZA835919B; JPS5960252A; AU559793B2; GB2129562A; SE8304489L; FR2532054A1; ES525096A0; IT8367880A0; GB8322300D0; SE8304489D0; AU1800783A; GB2129562B; US4552624A

Abstract

Dispositif électrochimique conçu pour surveiller la présence d'un constituant dans l'atmosphère ambiante ou un courant gazeux et qui appartient au genre utilisant un électrolyte déliquescent caractérisé par son aptitude à détecter, surveiler et/ou analyser le fluorure d'hydrogène (HF) au moyen d'un électrolyte au bromure/bromate et au moyen d'une cathode (6) qui a une surface de contact plus grande que celle de l'anode (7) avec l'électrolyte/atmosphère au courant gazeux.

Description


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   BREVET D'INVENTION 
FORMÉE PAR 
BRITISH NUCLEAR FUELS LIMITED. pour Appareil électrochimique pour surveiller la présence et/ou mesurer la concentration d'un constituant d'un gaz. 



   La présente invention concerne un appareil électrochimique pour surveiller la présence et/ou mesurer la concentration d'un constituant d'un gaz soit dans l'atmosphère ambiante, soit dans un courant gazeux. 

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   Un dispositif électrochimique pour détecter et/ou surveiller un constituant d'un fluide est connu d'après le brevet anglais n  1. 552. 620, suivant lequel un réactif qui est immobile par rapport aux électrodes du dispositif comprend une solution aqueuse d'une substance déliquescente. Un exemple d'un réactif approprié est le bromure de calcium lorsque le gaz à détecter est un halogène tel que le chlore. L'effet de la substance déliquescente est d'empêcher la dessiccation du dispositif par perte d'eau aux dépens du réactif en compensant cette perte par une absorption d'eau aux dépens du fluide, par exemple un gaz tel que l'air atmosphérique, mis sous surveillance.

   Au moyen du réactif ci-dessus, le chlore peut être détecté parce qu'il dégage du brome à partir d'une solution de bromure de calcium en conformité avec la réaction suivante : 
 EMI2.1 
 
Toutefois, les halogénures d'hydrogène, par exemple de fluorure d'hydrogène (HF), n'ont aucun effet sur ce réactif. Il a été suggéré dans"Electrometric Détection of Corrosive Gases"J. Morrow, ISA AID 72408 (31-36) Etats-Unis d'Amérique, 1972, qu'un électrolyte au bromure/bromate pourrait être utilisé pour détecter des concentrations dangereuses en gaz acides, notamment HF, mais aucune indication plus précise que ceci n'en a été donnée. 



   Suivant la présente invention, un dispositif électrochimique qui est conçu pour surveiller la présence d'un constituant dans l'atmosphère ambiante ou un courant gazeux et qui appartient au genre utilisant un électrolyte déliquescent, est caractérisé par son aptitude à détecter, surveiller et/ou analyser le 

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 fluorure d'hydrogène (HF) au moyen d'un électrolyte au bromure/bromate et au moyen d'une cathode qui a une surface de contact plus grande que celle de l'anode avec l'électrolyte/atmosphère ou courant gazeux. 



   De préférence l'anode est isolée ou sensiblement isolée du contact direct avec l'atmosphère ou le courant gazeux. 



   L'instrumentation de mesure et l'alimentation en énergie peuvent faire partie de la sonde du dispositif ou, en variante, en être distinctes quoique en y étant raccordées, et peuvent être portatives pour permettre l'utilisation manuelle de la sonde comme détecteur de fuite dans une installation dans laquelle du fluorure d'hydrogène est utilisé ou est produit. 



   Le dispositif électrochimique conforme à l'invention peut utiliser une solution aqueuse de bromure de calcium et de bromate de potassium, la quantité de bromate étant petite en comparaison de la quantité de bromure. Le dispositif est stable, donne une réponse rapide et convient particulièrement pour la mesure quantitative du fluorure d'hydrogène dans un courant gazeux ou dans l'air ambiant en quantité de l'ordre du volume par million. 



   Bien qu'en solution aqueuse, le fluorure d'hydrogène soit dans une grande mesure associé, la présence du bromure/bromate déplace l'équilibre dans l'équation (1) vers la droite en consommant des ions H en conformité avec l'équation (2). 
 EMI3.1 
 



   La réaction d'ensemble entre HF et l'électrolyte est dès lors donnée par l'équation (3). 

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 EMI4.1 
 



   L'appareillage ampérométrique associé, dans sa forme la plus simple, est classique et son alimentation en énergie, qui peut être une batterie de piles, entretient une légère différence de potentiel aux électrodes de la sonde du dispositif et fait ainsi se dégager de l'hydrogène à la cathode. Le courant cesse ensuite de passer à cause de la polarisation des électrodes de la sonde. Lorsque l'électrolyte dans la sonde est exposé à du HF, les ions H de la solution réagissent avec le bromure/bromate et dégagent du brome conformément à l'équation 2. Le brome réagit instantanément avec l'hydrogène gazeux en produisant du bromure d'hydrogène et dépolarise l'électrode, de sorte que le courant commence à passer.

   Le courant est proportionnel à la concentration en HF dans le courant gazeux sous surveillance et peut être mesuré à l'aide d'un milliampèremètre faisant partie du circuit. 



   L'appareil est calibré dynamiquement au moyen de tubes à perméation de HF dans l'intervalle de 0 à 10 volumes par million de HF. Une matière propre à absorber au moins trois fois son poids d'électrolyte doit être utilisée comme corps absorbant (voir la description ci-après) afin d'obtenir des résultats reproductibles avec le dispositif. La Demanderesse a découvert, et ceci constitue le principe de l'invention, qu'en comparaison de l'anode, la cathode doit avoir une surface de contact plus grande avec l'électrolyte et être accessible au gaz à surveiller. Au contraire, tous les dispositifs électrochimiques connus, de la Demanderesse comprennent des cathodes et anodes dont les surfaces de contact sont égales.

   Suivant l'invention aussi, l'anode, bien qu'essentiellement en 

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 contact avec l'électrolyte, peut ne pas se trouver en contact du tout avec le gaz sous surveillance lorsque la surface de la cathode est maximale. L'un des avantages principaux d'une plus grande surface de contact de la cathode est que les produits de décomposition formés par l'électrolyse sont susceptibles de se disperser plus rapidement que si la surface de contact est petite. Dans ce dernier cas, l'expérience a montré que le temps de réponse est long et que la sensibilité est faible. 



   Une forme de réalisation d'une sonde pour un dispositif conforme à l'invention est décrite ci-après avec référence au dessin annexé, qui est une vue en coupe verticale. 



   Un dispositif convenant pour l'analyse quantitative et pour la détection qualitative ou la surveillance du HF dans l'atmosphère ambiante ou dans un courant gazeux comprend une sonde qui peut être exposée à l'atmosphère ou au courant gazeux de la manière habituelle. La sonde consiste en un corps absorbant 1 sur une tige de support 2 fixée sur un boîtier 2'qui porte lui-même une fiche 3 au moyen de laquelle la sonde peut être montée scellée dans un orifice approprié d'un conduit pour le courant gazeux (non illustré). D'autre part, pour la surveillance de l'atmosphère, la sonde peut être tenue à la main au moyen du boîtier 2 ou être adaptée dans une monture appropriée qui peut faire partie de l'instrumentation de mesure et de l'alimentation en énergie.

   Une embase 4 faite d'une matière plastique appropriée comme le Perspex ("Perspex"est une marque déposée) est montée par vissage sur le corps absorbant 1 de manière à ménager un réservoir entre l'extrémité inférieure du corps 1 et un couvercle 5 de l'embase 4. Une partie du corps 1 est exposée entre le boîtier 2'et l'embase 4 

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 et dans cette région des spires non jointives de fil de platine sont enroulées sur le corps absorbant pour constituer une cathode 6 présentant une grande surface de contact. Une anode 7 est formée par une longueur de fil de platine descendant du boîtier 2'jusque dans le réservoir, mais en gardant le contact avec le côté intérieur du corps absorbant 1. De la sorte, l'anode 7 est abritée du contact avec l'atmosphère ou le courant gazeux sous surveillance.

   Un rapport typique entre les surfaces de contact de la cathode et de l'anode est de 16 : 1. Les extrémités libres des électrodes, à savoir de la cathode et de l'anode, sont isolées à l'intérieur du boîtier 2'et se prolongent jusqu'à la fiche 3 et le conducteur 8 partant de celle-ci est blindé et est connecté à l'instrumentation de mesure, qui est essentiellement un milliampèremètre, et à l'alimentation en énergie (non représentées). 



   L'électrolyte au bromure/bromate est formé d'une solution aqueuse de bromure de calcium hydraté dans laquelle est dissoute la quantité maximale de bromate de potassium qui peut passer en solution à la température ambiante, de manière à constituer une solution saturée stable. Suivant un exemple typique, 65 g de bromure de calcium hydraté ont été dissous de manière isotherme à la température ambiante dans 27 ml d'eau et 1 g de bromure de potassium a été dissous dans cette solution saturée. L'électrolyte est introduit dans le réservoir au moyen d'une seringue hypodermique par un conduit de remplissage 9 ménagé dans le couvercle 5. Le corps absorbant 1 agit comme mèche et se trouve saturé de l'électrolyte provenant du réservoir.

   Lorsqu'une matière plastique transparente telle que le Perspex est utilisée pour le réservoir, le niveau de liquide est visible, ce qui est avantageux. 



   Au lieu de spires de fil de platine pour la 

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 cathode à grande surface de contact, il est possible d'appliquer une variante (non représentée) consistant en un manchon de fine toile de platine monté sur le corps absorbant 1 sur des supports espacés et connecté au conducteur approprié. Il en résulte une augmentation de la sensibilité du dispositif, mais aussi un accroissement notable du coût. 



   L'instrumentation de mesure, de même que l'alimentation électrique par piles, est petite et peut être rendue portative pour être logée dans un coffret porté par le préposé compétent pour utiliser la sonde à la main et surveiller les fuites HF dans une usine, par exemple. Pour un appareil portatif personnel, la sonde peut être fixée à un coffret abritant l'instrumentation de mesure et la source d'énergie.

Claims

EMI8.1

R REVENDICATIONS E V E N D I C A T I O N S1.-Dispositif électrochimique conçu pour surveiller la présence d'un constituant dans l'atmosphère ambiante ou un courant gazeux et qui appartient au genre utilisant un électrolyte déliquescent, caractérisé par son aptitude à détecter, surveiller et/ou analyser le fluorure d'hydrogène (HF) au moyen d'un électrolyte au bromure/bromate et au moyen d'une cathode qui a une surface de contact plus grande que celle de l'anode avec l'électrolyte/atmosphère ou courant gazeux.
2.-Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode est en outre isolée ou sensiblement isolée du contact direct avec l'atmosphère ou le courant gazeux.
3.-Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électrolyte au bromure/bromate consiste en une solution aqueuse de bromure de calcium et de bromate de potassium.
4.-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrolyte consiste en une solution saturée contenant du bromure de calcium hydraté et du bromate de potassium dans des proportions de sensiblement 65 : 1.
5.-Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde du dispositif fait corps avec l'instrumentation de mesure et l'alimentation en énergie, de manière que le dispositif puisse fonctionner comme appareil portatif et personnel de détection et de surveillance de fuite pour le milieu ambiant au voisinage d'une installation dans laquelle du fluorure d'hydrogène est utilisé ou est produit.
6.-Dispositif suivant l'une quelconque des <Desc/Clms Page number 9> revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la sonde du dispositif est séparée de l'instrumentation de mesure et de l'alimentation en énergie, mais y est connectée, pour que la sonde puisse être montée à volonté de manière permanente ou non permanente sur l'installation.
7.-Utilisation d'un dispositif électrochimique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, pour la détection, la surveillance et/ou l'analyse quantitative du fluorure d'hydrogène dans l'atmosphère ambiante ou un courant gazeux.