Brevet FR2225194A1 — publié le 19741108

La présente invention concerne les dispositifs mécaniques de filtrage des gaz et fumées s'écoulant dans un conduit dont une application intéressante, mais non limitative, est le fitrage des substances nocives produites par les cigarettes, cigares, pipes ou analogues pour lesquels le tabac constitue la matière combustible principale. De nombreux dispositifs de ce genre sont connus. Cependant, ceux-ci sont soit d'une efficacité relativement faible soit d'un emploi restreint du fait de leur complexité qui en interdit une utilisation simple, spé cillement pour les cigarettes et cigares ainsi que les pipes, fume-cigarettes et autres articles de fumeur Le filtre suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Il est de réalisation très simple, peu couteuse, et possède une très grande efficacité ce qui autorise, sous diverses variantes, son incorporation en éléments consommables "perdus" dans les cigares, cigarettes et analogues de même que son utilisation dans les fume-cigarettes, pipes et autres articles de fumeur sans interdire des applications à caractère plus permanent dans tout conduit de gaz ou fumée à épurer. Le filtre, obået de l'invention, est basé, pour obtenir le filtrage, sur le phénomène physique selon lequel un fi1e##gameuxauquel-calmpos & un rétrédissement local important de section condense au niveau de ce rétrécissement les produits relativement peu volatils qu'il contient. Cette condensation est habituellement attribuée en grande partie à la compression ainsi subie. La condensation est d'autant plus importante que le rétrécissement de section est lui-même important. Les produits condensés se présentent généralement à l'état fortement visqueux, ce qui est le cas pour la fumée de tabac,et, lorsque le rétrécissement de section précité est obtenu par une ouverture pratiquée dans une paroi matérielle, provoquent rapidement l'obstruction de cette même ouverture, à moins que le tirage ne soit suffisant pour les arracher, ce qui est rarement le cas, en particulier pour l'aspiration effectuée par un fumeur. Le filtre suivant l'invention conbine l'effet de condensation précitée à une évacuation hors de l'endroit de formation et -une rétention des produits condensés, ceci par absorption. Le filtre, objet de l'invention, comporte une paroi, désignée ciaprès paroi séparatrice, placée dans le conduit où s'effectue le débit gazeux de telle façon à séparer ce même conduit en deux parties, désignées ci-après le conduit amont et le conduit aval suivant le sens d'écoulement du gaz ou de la fumée. Plusieures ouvertures, éventuellement une seule si le débit gazeux est minime, sont pratiquées dans la paroi séparatrice, mettant ainsi en communication le conduit amont et le conduit aval. Les sections de ces ouvertures, de formes quelconques et non obligatoirement identiques, sont chacune extrêmement faibles par rapport à la section du conduit amont afin d'obtenir au niveau de chacune d'elles, sur le filet gazeux correspondant, lteffet de compression propre à déclencher la condensation recherchée.Il est évident que la section équivalente à la totalité des sections des ouvertures pratiquées dans la paroi séparatrice doit également être faible par rapport à la section du conduit amont, ceci précisément pour obtenir au niveau de chaque ouverture l'effet de compression désiré.un tampon de matière spongieuse, dénommé ci-après le corps absorbant, garnit une portion du conduit aval. -La matière spongieuse utilisée doit être suffisamment "aérée" pour ne pas opposer une résistance génante au débit du gaz épuré.La face amont du corps absorbant est placée à très faible distance de la face aval de la paroi séparatrice afin que l'agglomération de produits condensés apparaissant au niveau eu d'une d > une ouverture sur la face aval de la paroi séparatrice entre en contact avec le corps absorbant et soit ainsi absorbée par la matière spongieuse avant d'avoir obstrué cette ouverture. La distance précitée peut, avec avantage, etre réduite et même annulée, la face aval de la paroi séparatrice se trouvant alors au contact de la face amont du corps absorbant.Il est également avantageux pour le fonctimnement du filtre, c'est-à-dire éviter son colmatage, de réduire au minimum l'épaisseur de la paroi séparatrice car les ouvertures qui y sont pratiquées constituent des canaux extrêmement fins à l'entrée desquels s'effectue en grande partie la condensation, canaux que les produits condensés doivent, avant d'atteindre le corps absorbant, parcourir sur leur longueur pousséspar le débit gazeux mais retenus par leur viscosité et l'effet de capilarité. Les dessins annexés illustrent, à titre non limitatif, divers aspects et réalisations de l'invention. Conjointement aux descriptions et précisions fournies, ils permettrons à l'homme de l'art d'adapter l'invention à son ou ses cas particuliers sans pour autant sortir du cadre de l'invention. La figure 1 montre en coupe un filtre assemblé et en plan une paroi séparatrice 3 munie de ses ouvertures 4 sans aucun souci du respect de l'échelle entre les différents éléments constitutifs ( il en est de même pour les autres figures). Le gaz ou la fumées'écoule, de façon permanente ou non, du conduit amont 1 vers le conduit aval 2 en traversant d'amont n aval la paroi séparatrice 3 par les ouvertures 4 qui y sont pratiquées. Au niveau de chacune de ces ouvertures sur la face aval de la paroi sépatrice 3, les produits condensés s'accumulent en une excroissance qui est épongée par le corps absorbant 5/dès que son importance l'amène au con tact de ce dernier,où oùles produits condensés sont retenus dans la zone d'absorption 7. Bien que le contour du conduit où s'effectue l'écoulement gazeux soit représenté circulaire sur la figure i, il est clair que cette condition n'est nullement impérative. Il est à remarquer que tout défaut d'étanchéité entre la paroi séparatrice 3- et le conduit où s'effectue l'écoulement gazeux n'est pas une cause de mauvais fonctionnement du filtre dès lors que sa faible importance l'assimile à une ouverture 4 pratiquée dans la paroi séparatrice 3. La figure 2 montre un exemple de filtre suivant l'invention où la paroi séparatrice 3 et le corps absorbant 5 sont accolés. Le filtre représenté constitue, sans but limitatif, un embout filtrant pour cigarette où cette dernière s'identifie au conduit amont i et le corps absorbant 5 à la totalité du conduit aval 2, constituant ainsi un exemple de produit consommable jeté par l'utilisateur dès qu'une ou quelques cigarettes ont été fumées. Dans des réalisations plus élaborées telles que fume-cigarettes et pipes, seul le corps absorbant représente le produit consommable. Il est intéressant de noter que la paroi séparatrice 3 peut être incorporée au corps absorbant 5 dont elle constitue dans ce cas la face amont sous la forme, par exemple, d'une très fine couche vernie ou plastifiée, perforée des ouvertures 4. La figure 3 montre un exemple de filtre suivant l'invention où la matière spongieuse, utilisée pour constituer le corps absorbant 5, est également utilisée pour constituer en son sein la paroi séparatrice 3 munie de ses ouvertures. La matière spongieuse 8 garnit une portion du conduit où s'effectue l'écoulement gazeux. Un étranglement 9 de la paroi de ce conduit comprime localement la matière spongieuse 8, marquant ainsi la limite entre le canal amont 1 et le canal aval 2. La zone de matière spongieuse 8 comprimée constitue la paroi séparatrice 3, les ouvertures étant composées de l'ensemble des canaux d'absorption de cette matière spongieuse au niveau de la paroi séparatrice 3, tous fortemelst réduits par la compression imposée. Dans un filtre de ce genre, au voisinage de la paroi séparatrice, les propriétés d'absorption de la matière spongieuse sont amoindries. Les produits condensés ont ainsi tendance à colmater la paroi séparatrice si une trop grande efficacité du filtre est recherchée en début de filtrage par un étranglement trop poussé. Ceci peut conduire, dans certains cas, à un réglage précis de l'étranglement. La figure 4 montre une variante de l'exemple précité (figure 3), dans laquelle il est inclus un système de réglage du filtre afin d'en obtenir à tout moment une efficacité maximale sans colmatage intempestif. L'étranglement 9 est obtenu par un dispositif à volume variable 10, pneumatique par exemple tel qutune chambre à air, qui, placé entre la paroi où s'effectue l'écoulement gazeux et la matière spongieuse, enserre cette dernière. Un système de régulation, non représenté sur la figure, régit les variations de volume du dispositif 10 par comparaison des pressions des débits gazeux amont et aval, ou -#oute autre méthode, et provoque ainsi l'adaptation de la paroi séparatrice aux meilleures conditions de filtrage. La figure 5 montre en coupe une réalisation, adaptée aux cigarettes, du filtre représenté par la figure 3.Les filtres conventionnels en fibre ou en papier incorporés couramment par les fabricants aux cigarettes manufacturées constituent des types de matière spongieuse convenant très bien à la réalisation de filtres suivant l'invention. Un fil 11 ( ou une bague ou tout autre moyen) enserre et comprime localement le filtre conventionnel 12 prolongeant la cigarette 13 et réalise ainsi le filtre suivant l'invention. Il est évidemment simple d'obtenir par des procédés industriels une compression déterminée et reproductible de la matière spongieuse fournissant un réglage adéquat pour un filtre incorporé aux cigarettes compte tenu du fait que son temps de fonctionnement est très restreint.De même, il sera aisé à l'homme de l'art, sans sortir du cadre de l'invention, de mettre au point des outils simples pour fumeur, tels que pince à sertir des bagues, dispositif de serrage d'un fil, etc..., permettant de transformer l'une des extrémités d'une cigarette ou analogue en filtre suivant l'invention.Il est à noter que le tabac lui-même, tel qu'il est utilisé dans les cigarettes et cigares, se comporte comme une matière spongieuse trés bien adaptée à la réalisation de filtres suivant l'invention, en particulierl'exemple actuellement traité, et peut être utilisé à cet effet si le procédé ôhoisî pour effectuer l'étranglement 9 n'est pas susceptible d'endommager l'enveloppe de la cigarette ou du cigare, enveloppe qui peut être renforcée de par~ fabrication à l'endroit où l'on désire pratiquer l'étranglement pour confectionner le filtre suivant l'invention. La figure 6 montre en coupe un exemple de réalisation d'un embout de fume-cigarette permettant de transformer les filtres conventionnels couramment incorporés aux cigarettes (ou l'une des extrémités, avec enveloppe éventuellement renforcée,des cigarettes ordinaires) en filtres suivant l'invention s'apparentant à l'exemple représenté par la figure 4. La partie intéressante du fume-cigarette, au regard de l'invention, est composée de deux pièces principales, la pièce amont 14 et la pièce aval 15, ainsi que d'un fil fin, métallique ou non.La pièce amont 1S et la pièce aval 15 sont assemblées par un pas de vis, ou tout autre moyen, autorisant une rotation guidée de ces deux pièces l'une par rapport à l'autre. L'une des extré mités du fil 16 est fixée à la pièce amont 14 tandis que l'autre extrémité est fixée à la pièce aval 15 de telle façon que la boucle que forme ce fil 16 dans une position déternlinée de la pièce amont 14 par rapport à la pièce aval 15 soit sensiblement plane et ne gene pas l'introduction de la cigarette ou analogue dans le conduit du fume-cigarette Le fumeur réalise l'étranglement recherché de l'extrémité de la cigarette introduite dans le fume-cigarette, le cas échéant celle comportant un filtre conventionnel, en faisant effectuer aux deux pièces principales, la pièce amont 14 et la pièce aval 15, un mouvement de rotation relatif dans le sens convenable. Le fumeur est ainsi maître de la compression obtenue par l'étranglement sur la matière spongieuse et peut intervenir lli-même au cours de l'utilisation de la cigarette ou analogue sur l'efficacité du filtre selon son propre désir jouant ainsi le role du régulateur cité dans l'exemple de réalisation reprèsenté par la figure 4. La figure 7 représente l'étran- glement obtenu par le fumeur, le cercle en tirets indiquant le diamètre initial de la matière spongieuse. L'exemple de réalisation ici décrit procure un étranglement sensiblement circulaire de la matière spongieuse.Il est clair que cette condition n'est nullement impérative et qu'il est aisé d'imaginer de multiples réalisations sans sortir du cadre de l'invention où l'étranglement pratiqué a une forme quelconque. En outre, l'homme de l'art comprendra que ltextrémité de la cigarette ou analogue introduite dans le fume-cigarette subit éventuellement au cours de l'opération d'étranglement certaines déformations latérales dont il est bon de tenir compte dans la définition du logement de l'étrémité de l'objet à fumer afin qu'aucun défaut d'étanchéité génant n'apparaisse pour le fumeur. Les figures 8 et 9 montrent une réalisation du filtre suivant l'in~ vention, ici considéré incorporé à une cigarette à titre d'exemple, où la paroi séparatrice et les ouvertures qui la traversent se créent elles-même en début d'utilisation du filtre au contact de la face amont du corps absorbant. La figuresreprésente le filtre avant son utilisation. Le conduit amont comporte une chambre 17 contenant un produit pulvérulent 18 et, éventuellement, afin d'éviter l'agglomération du produit pulvérulent 1S, un produit granuleux, représenté sur les figures 8- et 9 sous la forme de billes sphériques 19, de granulométrie beaucoup plus grande que celle du produit pulvérulent 18.La chambre 17 est fermée en amont afin de retenir par les produits contenus, ici à titre d'exempleTun tampon #O de matière spcn- gieuseidentique à celle du corps absorbant 5 c.à.d. un filtre conventionnel qui n'est pas absolument nécessaire puisque dans le cas d'une ciga rette le rôle de fermeture de la chambre 17 peut être assuré par la tranche aval de la partie fumable. En début d'utilisation du filtre, le produit pulvérulent 18 est entraîné par l'écoulement gazeux et plaqué sur la face amont du corps absorbart 5, se répartissant sur cette dernière aux différents endroits de passage autorisés au débit gazeux.Comme le montre la figure 9, l'épaisseur de la couche de produit pulvérulent 18 ainsi plaquée sur la face amont du corps absorbant 5 et la granulométrie de ce même produit pulvérulent 18 définissent les caractéristique de la paroi séparatrice créée qui, au cours de la poursuite de l'utilisation du filtre, se maintient au contact de la face amont du corps absorbant 5 par un collage opéré par les produits condensés, indépendamment d'un phénomene d'aspiration, ce qui autorise une utilisation discontinue dans le temps. Il est clair que la granulomètrie du produit pulvérulent 18 doit être adaptée aux caractéristiques de la matière spongieuse composant le corps absorbant 5 car une granulométrie trop fine en rapport d'une porosité trop grande de la matière spongieuse provoquerait le franchissement du corps absorbant 5 par le produit pulvérulent 18.Il est bon de noter que le produit pulvérulent 18, ou le produit granuleux qui lui est adjoint, peut jouer un rôle supplémentaire indépendant de celui qui est le sien dans le fonctionnement du filtre suivant l'invention, chimique par exemple . Dans le cas des cigarettes ou analogues,il peut être utuliser pour fournir au fumeur un arome particulier. Il est évident qu'il ne faut pas attribuer au qualificatif pulvérulent ici employé un sens trop restrictif, le paramètre important étant la granulomètrie qui doit etre adaptée à la nature du filtre que l'on recherche à réaliser. La figure 10 représente une réalisation du filtre suivant l'invention qui s'apparente à l'exemple précedent. Le produit pulvérulent 18 est initialement contenu en "imprégnation" au sein d'un tampon 21 en matière spongieuse, placé dans le conduit où s'effectue l'écoulement gazeux en amont du corps absorbant 5, au contact ou non de ce dernier. La granulométrie du produit pulvérulent 18 et la porosité de la matière spongieuse du tampon 21 sont telles que sous l'effet de l'aspiration subie en début d'utilisation du filtre le produit pulvérulent 18 est extrait du tampon 21 et est plaqué contre la face amont du corps absorbant 5, constituant ainsi la paroi séparatrice munie de ses ouvertures comme indiqué dans l'exemple précédent. Le filtre, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas où il est nécessaire d'éliminer et retenir dans de très fortesproportions les produits condensables d'un écoulement gazeux, les fumées par exemple. Le domaine d'application est très vaste englobant principalement d'une part la lutte contre la pollution par l'épuration des gaz et fumées habituellement libérés dans l'atmosphère par les foyers domestiques, les cheminées industrielles, les échappement des moteurs à explosion, etc... et d'autre part la neutralisation des effets nocifs sur l'organisme humain des fumées absorbées directement telle que celle du tabac. REVENDICATIONS 1. Filtre mécanique agissant par condensation pour les gaz et fumées s'écoulant dans un conduit, caractérisé par le fait que la condensation est obtenue par rétrécissement brusque des filets gazeux forcés dans des ouvertures extrêmement fines et que le colmatage par les produits condensés est évité par absorption de ces derniers par une matière spongieuse. 2. Filtre selon revendication 1, caractérisé par le fait que les ouvertures extrêmement fines sont pratiquées dans une matière placée ou non au contact direct de la matière spongieuse. 3. Filtre selon revendication 1, -caractérisé par le fait que les ouvertures extrêmement fines sont obtenues au sein même de la matière spongieuse par compression locale de cette dernière, avec ou sans régulation du nombre et de l'importance de ces ouvertures en cours d'utilisation du filtre. 4. Tout dispositif caractérisé par le fait qu'il permet à l'utilisateur de confectionner un filtre selon les revendications 2 et 3. En particulier articles pour fumeurs tel que fume-cigarette adapté, pince à sertir, dispositif de serrage de fils, etc... pour extrémités cigares, cigarettes et analogues. 5. Filtre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les ouvertures extrêmemnt fines provoquant le rétréeissement des filets gazeux sont créés en début d'utilisation du filtre par application sous l'effet de l'écoulement gazeux d'un produit- pulvérulent sur la matière spongieuse. 6. Tout produit manufacturé muni d'un filtre selon les revendications 2, 3 et 5, en particulier cigares, cigarettes et analogues, embouts filtrants, fume-cigarettes, pipes.