Brevet FR2501340A1 — publié le 19820910

L'invention concerne un pressuriseur conditlonneur d'air, notamment pour cabines de travail en atmosphère polluée. L'invention concerne plus spécialement la protection indispensable des personnes contre des produits solides, liquides ou gazeux, que l'on rencontre dans les travaux agricoles en particulier lee produits de traitement des sols ou des cultures. n convient, avant d'aborder les dispositions principales de l'invention, de rappeler les difficultés rencontrées à ltoccasion de l'utilisation des appareils de filtrage, adaptables ou incorporables aux cabines de travail en atmosphère polluée. L'état de la technique est donné par certains types d'appareils que l'on adapte le plus souvent sur le toit d'une cabine de véhicule, par exemple le toit d'une cabine de tracteur agricole. Jusqu' ce jour, un tel appareil est constitué par une enceinte possédant, à l'extérieur de la cabine, une entrée d'air pour alimenter un moto-ventilateur qui pulse l'air dans l'enceinte pour le faire traverser un filtre à poussières puis, dans certaines installations, un filtre à charbons actifs pour l'absorption des gaz nocifs, après quoi, l'air filtré est conduit dans la cabine du véhicule. Dans ce type d'appareil* le moto-ventilateur est placé sur l'une des parois extérieures de l'enceinte et aspire l'air extérieur au travers d'une ouverture dont la surface d'admission correspond sensiblement à la surface de travail active des pales du ventilateur, ce qui pose des difficultés lorsque l'on cherche à pressuriser la cabine équipée de ce genre d'appareils. On a remarqué en effet qu'un débit d'air d'environ 600 m3Ai était indispensable pour obtenir une pressurisation convenable d'une cabine de véhicule tracteur. Si l'on n'atteint pas un débit de cet ordre, une certaine quantité de poussières et d'agents polluants reste en cabine et la sécurité de l'occupant n'est pas assurée. Une autre difficulté de ce genre d'appareil connu est le rapide colmatage des éléments filtrants et surtout leur neutralisation rapide lorsque l'engin travaille dans une atmosphère chargée de particules liquides (pulvérisation de solutions aqueuses) auquel cas le brouillard ambiant, formé par la pulvérisation est aspiré par le moto-ventilateur et pulsé sur le filtre mécanique, le traverse, toujours chargé d'humidité et de produits toxiques et atteint le filtre chimique qui,très rapidement, perd son pouvoir absorbant dès qu'il s'imprègne d'humidité. La présente invention a en conséquence pour but de remédier à ces difficultés en fournissant un appareil de pressurisation et d'épuration d'air qui présente une fonction de pressurisation plus efficace de nature à empêcher toute pénétration d'air pollué en cabine. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil qui assure une épuration plus poussée et dont la durée d'efficacité est augmentée, d'une part en retardant le colmatage des éléments filtrants, d'autre part, en éliminant, avant filtration, la majorité des particules liquides pouvant être contenues dans l'atmosphère extérieure. L'invention concerne à cet effet un pressuriseurconditionneur d'air pour cabines de travail en atmosphère polluée, notamment les cabines de conduite de tracteurs agricoles, appareil comprenant un bloc de traitement de l'air, monté ou incorporé au toit de la cabine, ce bloc étant équipé intérieurement d'au moins un élément de filtration grossière pour l'élimination des solides tels que feuilles d'arbres, gravillons, un élément de filtration fine de dépoussiérage et une cellule à charbons actifs pour arrêter par absorption les gaz et vapeurs nocives, enfin, un groupe turboventilateur pour capter l'air extérieur et le conduire filtré et épuré dans la cabine utilisatrice, pressuriseur caractérisé en ce que d'une part, le bloc de traitement de l'air se présente sous la forme générale d'un bac parallélépipédique possédant, sur l'une de ses faces frontales, une ouverture d'aspiration s'étendant sur la plus grande partie de cette face pour donner accès à la face frontale de l'élément de filtration grossière et à la face frontale de l'élément de filtration fine, d'autre part, en ce qu'il est prévu, en amont de ladite ouverture frontale, un déflecteur-filtre séparant les liquides en suspension dans un gaz, ce déflecteur délimitant avec la face frontale de l'ouverture d'aspiration une première chambre de tranquillisation de l'air aspiré, d'autre part encore, en ce que le groupe turbo-ventilateur est disposé à l'intérieur du bac, en aval des différents éléments de filtration, dans une chambre de tranquillisation d'air, de manière à ce que l'air à filtrer et à épurer passe successivement par aspiration au travers du déflecteurw filtre, des éléments de filtration grossière et fine, de la cellule à charbons actifs et enfin au travers du groupe turbo-ventilateur directement dans la cabine d'utilisation. Gr ce à cette disposition d'ensemble, les éléments de filtration grossière et fine sont hors d'eau, ainsi que la cellule à charbons actifs, ce qui augmente la durée de filtration efficace de ces deux types de filtres, permet d'établir dans le bac un flux d'air laminaire homogène non turbulent. Le refoulement d'air épuré directement du groupe turbo ventilateur à la cabine d'utilisation réduit les pertes de charges rencontrées dans les dispositifs antérieurs* ce grlce àqioi, à puissance égale, on augmente sous freinage parasitaire le débit de l'appareil et par suite, la pressurisation dans la cabine utilisatrice. Suivant une caractéristique, le déflecteur-filtre situé en amont de l'ouverture d'aspiration frontale du bac est réalisé en matériau fritté, de préférence métallique, présentant une structure poreuse. Par ce mode de réalisation, le déflecteur-filtre assure, outre la séparation eau-gaz, une séparation sélective des gaz, ce filtre laissant passer les gaz légers comme l'azote et 1'o3S;ygene, mais faisant écran aux gaz lourds notamment à base de constituants chlorés et halogénés. Suivant une autre caractéristique, la cellule d'assainissement de l'air, à charbons actifs, se présente sous la forme d'un caisson amovible disposé en aval de l'élément de filtration fine, à une certaine distance de cet élément pour former une seconde chambre de tranquillisation de l'air, ledit caisson contenant un matelas alvéolé dans lequel est enfermé le charbon actif, ce matelas se présentant sous la forme d'un V couché sur l'horizontale de manière à présenter un bord d'attaque étroit dirigé vers ledit élément de filtration fine et deux bords de fuite divergents dirigés vers le groupe turbo-ventilateur. Cette disposition aérodynamique particulière permet de réduire les pertes de charges du flux d'air traversant. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description détaillée qui suit d'un mode d'exécution de l'invention donné ici, à titre d'exemple, sur l'unique figure jointe qui montre, en perspective, avec parties arrachées, la disposition particulière des éléments constitutifs de l'appareil. Ainsi que montré dans le dessin joint, le pressuriseurconditionneur d'air est désigné par la référence générale 10. Dans cet exemple, le bloc de traitement de l!air,ou bac 12, est muni dlun couvercle amovible 13, donnant accès à tous les composants de l'appareil. Le bloc de traitement est disposé ici sur le toit de la cabine 11, d'un véhicule tracteur. Ce toit, est percé de deux orifices pour le passage de l'air filtré dans la cabine du véhicule. Le bloc de traitement de l'air se présente sous la forme générale d'un bac parallélépipédique dont l'une des faces frontales présente une ouverture d'aspiration qui s'étend sur la plus grande partie de cette face, pour donner accès à la face frontale d'un premier élément 15 de filtration grossière, qui se présente sous la forme d'une grille permettant d'éliminer les grosses particules, lesquelles colmateraient très rapidement l'élément 16 de filtration fine. L'élément de filtration fine 16 est constitué préférablement d'un média spécial à fibres synthétiques ignifugées, entrelacées et solidarisées par un liant ignifuge. Dans le but de compléter l'action anticolmatage de la grille 15, il est prévu, en amont de l'ouverture frontale des filtres 15, 16, un déflecteurw filtre 14, en forme de visière, abritant les surfaces filtrantes 15 et 16. Le. déflecteur 14 délimite avec la face frontale de l'ouverture d'aspiration, une première chambre dl de tranquillisation de l'air aspiré. On comprend que par cette disposition, les plus grosses particules solides ou liquides n'atteignent pas le plan de grille 15. Suivant une caractéristique, on constitue le déflecteurfiltre 14 en matériau fritté, de préférence métallique, et présentant une structure poreuse. On a découvert, d'une manière surprenante, que le déflecteur filtre en matière frittée apportait des améliorations considérables sur la fonction de filtration. Le déflecteur en matériau fritté assure la fonction de préfiltre s'il est disposé, comme montré au dessin, en amont des filtres secs 15 et 16. Dans ces conditions, la densité de frittage sera comprise de préférence entre 50 et lOO,s, compte tenu du débit d'air de l'appareil qui peut atteindre 800 m3/h. Il va de soi, qu'un écran en matériau fritte pourrait également être disposé en aval des filtres secs 15, 16, pour assurer une filtration fine, auquel cas la densité du frittage peut autre de l'ordre de 2Mu . La présence du déflecteur-filtre 14, a pour conséquence également une amélioration du traitement chimique de l'air. Cette amélioration est due aux deux propriétés suivantes du matériau fritté : tout d'abord, le matériau fritté du déflecteur-filtre assure la séparation de tout liquide en suspension dans un gaz, c'est par exemple le cas des vaporisations sous pression de liquide. La vapeur d'eau, au contact du matériau fritté, a une tension superficielle très différente de celle du gaz. Le matériau fritz sera 'mouillE" par l'eau, alors que les gaz pourront traverser cette barrière. L'eau sera recueillie ou évacuée sur la face avant du déflecteur 14. Les gaz traversant le déflecteur seront d'autant mieux traités par la cellule de filtration à charbons actifs qui sera décrite plus en détail par la suite, que ces gaz seront secs et non humides, car on a observé que la vapeur d'eau sature très rapidement les charbons actifs. En outre, la présence du déflecteur-filtre 14, permet d'obtenir une séparation sélective des gaz. Contrairement à l'azote et l'oxygène, constituants de l'air, les gaz lourds (constituants chlorés, halogénés, etc.) que l'on rencontre notamment dans les pesticides, ont un pouvoir mouillant important et seront en conséquence en partie arrêtés par le matériau fritté. Ces gaz lourds seront d'autant plus retenus par le matériau fritté que celuiSci présente une affinité avec de tels composants. Bien entendu, on peut utiliser des matériaux métalliques frittés, tels que par exemple du bronze, de l'inox, du titane, du nickel, de l'aluminium, etc Suivant une autre disposition importante de l'invention, la cellule d'assainissement 17 de l'air, à charbons actifs, se présente sous la forme d'un caisson amovible, disposé en aval de l'élément 16 de filtration fine, à une certaine distance de cet élément, pour former une seconde chambre de tranquillisation désgnée par la référence dS. Le caisson 17 contient un matelas alvéolé 18 dans lequel est enfermé le charbon actif.Le matelas 18 est plié en deux et fixé dans la cellule sous la forme d'un V couché sur l'horizontale de manière à présenter un bord d'attaque étroit, dirigé vers l'élément 16 de filtration fine, et deux bords de fuite divergents, dirigés vers le groupe turbo-ventilateur 19. Il est Rfs li, entre h cellule de filtration à charbons actifs et le groupe moto-ventilateur 19, une chambre de tranquilli sation d3, ce qui contribue, à assurer un débit d'air à flux le plus laminaire possible, sur toute la longueur du parcours emprunté par l'air traité dans l'appareil. Suivant une autre disposition importante de l'invention, le groupe turbo-ventilateur 19 est disposé à l'intérieur du bac 12, en aval des différents éléments de filtration, de sorte que l'air à filtrer et à épurer, passe successivement par aspration au travers du déflecteur-filtre I4, des é léments de filtration grossière et fine 15, 16, de la cellule 17 à charbons actifs 18, et enfin, au travers du groupe turbo-ventiiateur 19, qui alimente directement en air pulsé la cabine d'utilisation 11. Le groupe turbo-ventilateur 19 est constitué de deux turbines aspirantoeoufflantes21,22, à axe de rotation horizontal. Ces turbines sont entratnées par un moteur électrique commun 20, disposé entre les deux corps de turbines. Chaque corps de turbine possède deux entrées d'air symétriques, disposées respectivement à chaque extrémité du corps de turbine, les deux corps de turbine 21, 22 étant à chaque fois reliés à un collecteurwdistributeur 23, communiquant directement avec la cabine utilisatrice, au travers des orifices prévus à cet effet dans le toit de la cabine 11. Enfin, suivant un mode d'exécution préféré, les parois latérales du bac sont en forme de déflecteur convexe. Cette solution de construction permet, d'une part d'agrandir le volume du bac de traitement de l'air, et d'autre part, de constituer pour chacune de ces parois latérales un déflecteur mécanique, notamment pour les branches d'arbres, qui pourraient se trouver sur le trajet du véhicule tracteur. Les parois latérales du bac sont de préférence formées de deux plans convergents 12a, 12b, réunis à leur sommet par une arête qui s'étend sur toute la longueur desdites parois latérales. Avec un appareil du genre décrit, on obtient une ventilation surpuissante pouvant délivrer de 450 800 m3/h. A la vitesse nominale de 600 m3/h, l'appareil permet de renouveler l'air d'une cabine de 3 m3 en moins de 20 secondes, ce qui donne plus de trois renouvellements d'air par minute. Il va de soi que les cabines équipées de l'appareil pressuriseur devront 8tre suffisamment étanches pour éviter une chute de la pressurisation intérieure. Avantageusement, le turbo-ventilateur est à trois vitesses de ventilation, étagées par exemple de 2 300 tours/minute à 3700 tours/minute. Lorsque l'on utilise la vitesse de 3700 tours/minute, la seine d'air qui traverse les filtres, provoque: - sur le filtre fin 16 un décolmatage par effet aérodynamique, effort aérodynamique d'entratnement des particules étant supérieur 9 la force de rotation du filtre, - sur la cellule 17 å charbons actifs, un début de fluidisation par décohésion des forces de capillarité, base du phénomène de l'absorption des gaz nocifs. A cette vitesse, une partie des partic ules retenues et des vapeurs nocives seront donc aspirées. Cette régénération du pressuriseur s'effectuera après chaque journée de traitement. Pour ce faire, l'occupant placera l'interrupteur de commande sur la position correspondant au régime maximum des motoventilateurs, et quittera aussitôt lthabitacle en laissant les portes ouvertes. Un autre mode de décolmatage des filtres peut être avantageusement utilisé, en inversant simplement le sens habituel du flux de circulation qui, dans ce cas, est aspiré dans la cabine, puis pulsé au travers du matelas de la cellule 17 et au travers du filtre sec 16. Ce mode de déc olmatag e est particulièrement avantageux car les particules retenues tant par le matelas de la cellule, que par le filtre sec, n'ont plus à migrer au travers de la totalité de l'épaisseur de ces filtres, mais ont seulement un faible parcours à effectuer pour être rejetées à l'extérieur au travers de l'ouverture d'aspiration. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes d'exéeution ci-dessus décrits et représentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS 1) Pressuriseur-cooditionneur d'air (10) pour cabines de travail (11) en atmosphère polluée, notamment les cabines de conduite de tracteurs agricoles, appareil comprenant un bloc de traitement de l'air (12), monté ou incorporé au toit de la cabine (11), ce bloc étant équipé intérieurement d'au moins un élément (15) de filtration grossière pour l'élimination des solides tels que feuilles d'arbres, gravillons, un élément (16) de filtration fine de dépouseiérage et une cellule (17) à charbons actifs pour arr8ter par absorption les gaz et vapeurs nocives, enfin un groupe turbo-ventilateur (19) pour capter l'air extérieur et le conduire filtré et épuré dans la cabine utilisatrice, pressuriseur caractérisé en ce que d'une part le bloc (12) de traitement de l'air se présente sous la forme générale d'un bac parallélépipédique possédant, sur l'une de ses faces frontales une ouverture dtaspiration s'étendant sur la plus grande partie de cette face pour donner accès à la face frontale de l'élément (15) de filtration grossière et à la face frontale de l'élément (16) de filtration fine, d'autre part, en ce qu'il est prévu, en amont de ladite ouverture frontale, un dEflecteurWfiltre (14) séparant les liquides en suspension dans un gaz, ce déflecteur délimitant avec la face frontale de l'ouverture d'aspiration une première chambre (d l) de tranquillisation de l'air aspiré, d'autre part encore en ce que b groupe turbo-ventilateur (19) est disposé à l'intérieur du bac (12) en aval des différents éléments de filtration, dans une chambre de tranquillisatfon d'air (d 3) de manière à ce que l'air à filtrer et à épurer passe successivement par aspiration au travers du déflecteurfiltre (14), des éléments de filtration grossière et fine (15, 16), de la cellule (17), à charbons actifs et enfin, au travers du groupe turbo ventilateur (19) directement dans la cabine d'utilisation (11). 2) Pressuriseur selon la revendication I, caractérisé en ce que le déflecteur-filtre (14), situé en amont de l'ouverture d'aspiration frontale du bac est réalisé. en matériau fritté, de préférence mhllique, présentant une structure poreuse. 3) Pressuriseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la cellule d'assauissement (17) de l'air, à charbons actifs, se présente sous la forme d'un caisson amovible disposé en aval de l'élément (16) de filtration fine, à une certaine distance de cet élément pour former une seconde chambre de tranquillisation (d 2) de l'air, ledit caisson contenant un matelas alvéolé (18) dans lequel est enfermé le charbon actif, ce matelas se présentant sous la forme d'un V couché sur l'horizontale de manière à présenter un bord d'attaque étroit dirigé vers ledit élément (16) de filtration fine, et deux bords de fuite divergents dirigés vers le groupe turboventilateur (19). 4) Pressuriseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le groupe turbo-ventilateur (19) est eonstitué de préférence de deux turbines aspirantes soufflantes (21, 22) à axe de rotation horizontal, ces turbines étant entrainées par un moteur électrique (20) disposé entre les deux corps de turbines, chaque corps possédant deux entrées d'air symétriques et ces corps étant à chaque fois reliés à un collecteurSdistributeur(23) communiquant directement avec la cabine utilisatrice. 5) Pressuriseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bac (12) de traitement de l'air a ses parois latérales en forme de déflecteur convexe, de préférence formé de deux plans convergents 2a, 12b), réunis à leur sommet par une arête.