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WO 96/18460 PCT/FR94/01469
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Echangeur cyclonique pour la purification et la dépollution de I'air
L'invention concerne un dispositif pour la purification et la
dépollution de l'air.
Dans de nombreux secteurs industriels, ou à vocation
spécifique (industrie électronique, des revêtements, alimentaire,
pharmaceutique ou locaux hospitaliers, de cultures de cellules...) la
maitrise de la qualité de l'air en terme de charge particulaire est une
absolue nécessité. Contamination particulaire et microbiologique sont
d'ailleurs liées, puisque l'on sait maintenant que les micro-organismes
présents dans les ambiances sont presque toujours fixés sous forme de
biofilms sur les particules présentes dans l'air, qui leur servent alors
de support.
On considère également qu'une particule sur 10.000 est
associée à une présence de biocontaminant. Il n'est donc pas étonnant que
les systèmes de sanitation microbiologique des ambiances dans les
industries dont le processus l'exige soient complètement liés à la
maitrise de la charge particulaire de cet air.
Les paramètres qui permettent de contrôler cette charge
bactériologique de 1'air font appel soit à la physique (filtration
complétée par une action bactéricide, par UV, ionisation...) soit à la
chimie de la désinfection (aérosols, bactéricides, fumigation...), ou le
plus souvent une association des deux : filtration complétée par la
sécuritp d'un bactéricide.
Dans la plupart des solutions développées actuellement, la
f i 1 trati on reste la méthode de base qui permet de l i mi ter le nonibre de
particules par unité de volume, donc par effet de proportionnalité la
contamination microbiologique associée. Ces systèmes présentent
l'inconvénient majeur de s'encrasser rapidement, donc de nécessiter des
coùts de renouvellement considérables, sauf à voir leur efficacité
décroitre rapidement et irréversiblement.
Pour pallier les inconvénients des solutions existantes, la
présente invention utilise le principe des échangeurs du type cyclonique
(appelés aussi cyclones-échangeurs à serpentins) et le perfectionne de
façon à atteindre le degré recherché dans la maitrise de la qualité de
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l'air.
On connait déjà une application de ce type d'échangeur
cyclonique au piègeage des vapeurs au-dessus d'un appareil de cuisson.
Cette application est décrite dans le brevet français 2.630.029 et les
brevets US-4.957.520 et EP-0.338.960 correspondants.
La présente invention a des applications plus étendues et
permet d'atteindre une qualité d'air beaucoup plus poussée.
Ces buts sont atteints grâce à l'invention consistant en un
dispositif pour la purification et la dépollution de l'air utilisant un
échangeur du type échangeur cyclonique caractérisé en ce qu'il comporte
en outre un moyen pour combiner l'action de la centrifugation cyclonique
et l'action d'au moins un champ accentuateur de trajectoire sur des
particules partiellement électrisées avant leur entrée dans ledit champ
accentuateur.
Le procédé selon l'invention consiste en la combinaison
judicieuse de principes physiques connus individuellement mais qui,
combinés dans un système unique, permettent d'obtenir une très grande
efficacité de dépoussiérage, donc d'assainissement microbiologique. Comme
dans le cas du brevet français cité ci-dessus, le présent appareil de
sanitation est autonettoyant : il n'accumule en lui-même aucune pollution
grâce au ruissellement des condensats.
Suivant l'invention, le système combine un cyclone-échangeur
à serpentins assurant un changement de phase dans l'air traité et une
accentuation des trajectoires permettant de drainer les particules vers
la périphérie par le biais de l'action d'un-champ magnétique et/ou d'un
champ électrique. Les particules sont préalablement ionisées par la
traversée d'un ioniseur suffisamment puissant, placé dans l'entrée
tangentielle. Les particules ionisées deviennent alors sensibles aux
champs magnétiques et/ou électriques qui accentueront leur élimination
vers la périphérie de l'échangeur, où elles vont se trouver piégées par
le ruissellement des condensats sur les serpentins et sur les parois de
l'échangeur.
Le champ magnétique est généré par l'alimentation en courant
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continu de spires, de façon à créer une induction axiale dans le corps du
cyclone.
Le champ électrique est quant à lui obtenu par la
polarisation positive de plaques conductrices placées et isolées sur la
périphérie du corps de l'échangeur alors que la borne négative est placée
intérieurement au guide de sortie du cyclone. De cette façon, le champ
électrique créé est toujours centripète : il draine donc vers la
périphérie les particules ionisées en entrée.
Dans le cas où l'air traité n'est pas suffisamment humide
pour créer ce ruissellement, une humidification par injection en buse
d'entrée permet de charger de façon adéquate l'air en humidité afin
d'obtenir le piègeage recherché après cyclonisation.
Les particules s'agglomèrent alors et ne sont plus rejetées
par l'air turbulent deshumidifié qui ressort par le vortex central. Cette
disposition particulière améliore considérablement l'efficacité du
piègeage des particules les plus fines via une centrifugation accentuée
et une agglomération par voie humide.
A la base du cyclone, les particules entrainées passent dans
une chambre de récupération dont la géométrie entraine une forte
diminution de la vitesse : les paticules tombent alors dans l'eau de
condensation dont le niveau est maintenu constant par le fonctionnement
d'un siphon.
Cette configuration, associant suivant l'invention
centrifugation accentuée par l'action du champ magnétique axial et/ou
électrique centripète, condensation et agglomération, puis drainage vers
la base élargie, permet au système de n'accumuler aucune pollution dans
la partie en contact avec l'air à traiter. Le ruissellement entraine la
charge polluante vers la chambre de tranquilisation où elle s'élimine par
le siphon.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description
qui suit faite en référence aux figures annexées suivantes
- figure 1 vue en coupe schématique d'un mode de
réalisation de l'invention,
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- figure 2 vue partielle schématique d'un mode de
réalisation d'un champ électrique utilisé dans l'invention.
L'air chargé de particules pénètre dans l'entrée tangentielle
(1). Elle traverse alors un ioniseur axial (2) constitué par exemple par
un filament émetteur chauffé et une surface collectrice cylindrique
axiale. Le passage dans cette section entraine une ionisation partielle
de l'air, les charges électriques s'absorbant préférentiellement sur les
particules présentes, inertes ou non. L'air chargé entre donc dans le
cyclone (3) où il subit un mouvement cyclonique classique au cours duquel
les particules électrisées sont reprises par l'action d'un champ
magnétique axial et/ou un champ électrique radial centripète E. Le champ
magnétique est créé par les spires conductrices alimentées par la rampe
(4) parcourue par un courant continu adapté. Le champ électrique radial
est créé par l'alimentation du condensateur constitué par les plaques
positives (13) collées sur la face interne de la paroi de l'échangeur
(14) et les plaques négatives en regard (15) collées sur le collecteur
d'air central (16). Les champs magnétiques et/ou électriques accentuent
la trajectoire naturellement spiralée des particules dans le cyclone et
conduit à un drainage particulièrement efficace des particules vers la
périphérie du cyclone, et ceci quelle que soit leur taille. Ce phénomène
est fondamental puisqu'il permet de diminuer considérablement le seuil de
coupure du cyclone en terme de diamètre limite des particules arrêtées. A
la périphérie, les particules se trouvent alors en contact avec le
serpentin froid (5) sur lequel se produit une condensation de l'eau
présente naturellement (via l'humidité de l'air ambiant) ou
éventuellement injectée en entrée par l'intermédiaire de la buse (6). Les
particules sont alors pièaées par l'eau, agglutinées, et éjectées avec
les gouttelettes d'eau sur la surface latérale (14) du cyclone sur
laquelle elles ruissellent. Le ruissellement assure une double fonction
piègeage des particules et autonettoyage du corps de l'échangeur.
Un dispositif de grille séparatrice permettant de séparer
physiquement la chambre cyclonique (3) de la chambre de récupération des
condensats (8) peut être avantageusement ajouté à quelques millimètres de
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1a surface latérale interne du cyclone. A la base du cyclone, les
particules et les gouttelettes d'eau associées passent dans la chambre de
tranquilisation (8) par les ouies (7) grâce auxquelles la vitesse chute
considérablement et devient presque nulle : les particules sont alors
piégées à la surface (9) de l'eau de condensation dont le niveau est
maintenu constant par le fonctionnement du siphon (10). Dans le même
temps, l'air épuré est dirigé par le déflecteur (11) vers le vortex de
sortie (12) du cyclone.
En sortie du présent dispositif, un système de filtres secs
peut avantageusement compléter la purification en fonction de la classe
d'air désirée. Le fonctionnement des filtres est alors grandement
amélioré par rapport à un système de filtration directe : l'air est
assaini et déshumidifié à l'entrée des filtres, ce qui diminue fortement
leur encrassement et allonge la durée d'utilisation optimale. La
maintenance et l'entretien des systèmes sont alors notablement réduits.
Le système suivant la présente invention peut utilement être
mis en oeuvre seul (si par exemple l'air requis est de classe 40.000 au
sens de la norme NF X 44 101-), ou en associ ati on avec une batterie de
filtres complémentaires pour atteindre la classe 4.000. Les domaines
d'application sont donc très vastes . salles microbiologiquement
contrôlées de l'industrie alimentaire ou pharmaceutique, salles blanches
de l'industrie des composants et des surfaces, salles stériles pour le
milieu hospitalier.
Il peut aussi préparer avantageusement une filtration
compl-émentaire conduisant à de l'air stérile recherché pour certaines
applications.
Il faut noter que dans la plus grande partie de l'industrie
alimentaire par exemple, le système suivant l'invention suffira par
lui-même, pour atteindre la réduction requise de l'humidité et de la
charae bactérienne. C'est le cas par exemple des salles de fabrication en
laiterie, salaison; abattoir, etc...
