Brevet FR2531534A1 — publié le 19840210

L'invention a pour objet un capteur individuel, que toute personne peut porter sur elle, servant à prélever dans J'atmosphère environnante les poussières en suspension et à retenir à des fins d'analyse ultérieure celles qui ont des dimensions telles qu'elles peuvent pénétrer dans les alvéoles pulmonaires de cette personne et y être retenues. De cette façon, on peut évaluer et même doser la quantité de poussières dites respirables qu'une personne a été suscepti- ble d'inhaler pendant une période donnée aux divers endroits d'un milieu o elle a respiré pendant cette période. On connaît déjà des appareils de prélèvement de poussières dans une atmosphère polluée dans lesquels on se sert d'un rotor en matière filtrante entraîné en rotation à une vitesse constante On en-trouve la description dans le brevet français n' 2 039 560 et son certificat d'addition 2.082 180. On connait aussi par le brevet français NM 2 389 119 un dispositif de prélèvement sélectif de poussières dans une atmosphère poussiéreuse. Il s'agit d'appareils conçus pour être portables, c'est-à-dire assez légers pour être déplaçables par une personne seule entre deux points d'utilisation mais trop lourds pour être portés en permanence par cette personne au cours de ses occupations Typiquement, le poids d'un tel appa- reil est de l'ordre de 3 kg Par conséquent, quand on s'en sert on le pose sur le sol ou on le suspend à un endroit nécessairement éloigné des points précis et changeants o cette personne respire pendant ses occupations. Or, il est utile d'être renseigné aussi exactement que possible sur la quantité de poussières respirables qu'une personne a pu inhaler effectivement pendant une durée donnée. Les appareilsuconnus ne sont pas satisfaisants à cet égard puisqu'on sait que la densité des poussières varie rapidement entre le lieu même o elles sont produites, non loin duquel respire la personne en question, et le lieu plus éloigné et plus abrité o est placé l'appareil de prélèvement des pous- sières. Le brevet français N O 2 389 119 concerne un dispo- sitif dont il est dit qu'il pourrait être adapté pour devenir portatif L'invention vise à parvenir à un capteur individuel notablement simplifié dans sa constitution en comparaison du dispositif de ce brevet, ayant une efficacité au moins égale et suffisamment allégé et simplifié pour pouvoir être facilement réalisé sous forme d'un appareil de petites dimen- sions. Plus précisément l'invention a pour but d'arriver à un appareil de captation de poussières aussi efficace que les appareils connus mais susceptibles d'être porté en perma- nence par une personne même pendant l'exécution d'un travail pénible ou dangereux L'appareil doit donc être léger et peu encombrant Il en résulte que lés moyens prévus sur les appareils classiques pour opérer une classification des pous- sières (cyclone par exemple) avant leur captation ne sont plus acceptables. Le but recherché s'atteint par l'emploi de moyens différents et par une conception différente appropriée du circuit du courant gazeux à l'intérieur d'un capteur portatif. Dans un capteur portatif comprenant un moteur élec- trique avec un arbre pourvu d'un moyen d'accouplement en rotation, une coupelle ayant une paroi latérale et un fond calée en rotation par ce moyen d'accouplement, une couronne a canal central en mousse filtrante logée dans cette coupelle, un couvercle entourant et contenant la coupelle rotative avec entrée d'air centrale et sortie d'air latérale, un chapeau à passage d'air coiffant l'entrée d'air centrale et ayant une face extrême terminale, selon l'invention, le chapeau est rempli d'au moins un bloc de préfiltration, la jonction entre le chapeau et le couvercle se fait par un conduit convergent à orifice de sortie situé coaxialement au canal central de la couronne en mousse filtrante logée dans la coupelle et cette couronne en mousse a une face latérale substantiellement découverte du côté opposé au fond de la coupelle, c'est- à-dire du côté de l'arrivée de l'air. L'orifice de sortie du conduit convergent a une dimension inférieure à celle du canal central de la couron- ne en mousse Il se trouve, de préférence, dans un plan trans- versal-qui est le plan de la face latérale découverte de la couronne en mousse Le couvercle à sortie d'air latérale présente des trous de sortie d'air situés sur deux côtés diamétralement opposés répartis dans deux sedteurs angulaires opposés; de préférence ces secteurs ont chacun un développement de 800 environ. Ces trous se trouvent avantageusement dansun plan transversal qui est en retrait en direction du fond de la coupelle par rapport au'plan transversal de la face latérale découverte de la couronne en mousse; la distance de retrait est de 45 à 50 % de l'épaisseur de la couronne en mousse, par exemple. De préférence, le chapeau à passage d'air est percé d'au moins un trou à travers sa face extrême, directement en face du bloc de préfiltration dans le sens de circulation d'air à travers ce dernier. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le chapeau contient un seul bloc de préfiltration en mousse filtrante de grade 45 et la couronne est en mousse filtrante de grade 80 ou 100. En variante, il est possible de disposer en série à -l'intérieur du chapeau plusieurs blocs successifs de préfil- tration à plusieurs grades différents intermédiaires de plus en plus fins avant la couronne en mousse Selon une autre variante, le chapeau contient un déflecteur concave dont le fond concave est situé en face d'au moins un trou central percé dans la face extrême'du chapeau et dont la périphérie présente plusieurs ouvertures'espacées s'ouvrant en face du bloc de préfiltration. On donnera maintenant, sans intention limitative, une description d'un exemple préféré de réalisation de l'invention On se reportera au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue en coupe par un plan longi- tudinal d'un capteur individuel portatif conforme à l'inven- tion, la figure 2 est une vue schématique partielle montrant une variante du chapeau de l'appareil de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe diamétrale et en perspective d'une couronne en mousse après utilisation du capteur de la figure 1. Un capteur portatif individuel réalisé conformément à l'invention comprend un corps creux 1 qui contient un moteur 2 associé à un interrupteur latéral 3 Ce corps 1 est conçu pour contenir aussi en dessous du moteur 2 une source d'éner- gie électrique 4 En position d'utilisation l'arbre 5 du moteur 2 est vertical, dirigé vers le haut à travers un palier 6, et il se termine par un plateau aimanté 7 A ce dernier adhère pour être en-trainé en rotation une coupelle 8 qui a un fond 8 A et une paroi latérale 8 B Cette coupelle 8 contient dans la totalité de son volume une couronne 9 en mousse filtrante qui a un canal central 10 La hauteur de la paroi latérale 8 Be ou la profondeur de la coupelle 8, est identique à l'épaisseur-de la couronne en mousse 9 de sorte que celle-ci présente, quand elle est logée dans la coupelle 8 S une face latérale il totalement découverte située dans un plan transversal 12, indique en trait mixte, qui est aussi le plan de la face extrême annulaire de la paroi latérale 8 B. La face Il est tournée du côté de l'arrivée de l'air à filtrer mais elle n'est pas rencontrée par l'air qui arrive comme on le comprendra mieux plus loin. L'ensemble rotatif qui vient d'être décrit est enfer- mé dans un couvercle 13 fixé au corps 1 de façon démontable. Ce couvercle 13 a une entrée d'air centrale 14 dont le diamètre est inférieur au diamètre du canal central 10 de la couronne en mousse 9 De plus, cette entrée d'air centrale 14 aboutit à un orifice de sortie 15 de même diamètre, coaxial au canal central 10, et qui se trouve avantageusement dans le plan transversal 120 Le couvercle 13 a également une sortie d'air qui est composée de deux rangées de trous 16 percés à travers la paroi latérale en deux endroits diamétralement opposé l'un à gauche et l'autre à droite sur la figure 1 G Chaque rangée de trous s'étend sur un secteur de 800 environ Tous les trous 16 se trouvent dans un plan transversal qui est en retrait par rapport au plan transversal 12 La valeur de ce retrait est voisine de la moitié de l'épaisseur de la couron- ne en mousse 9. Sur le couvercle 13 est monté un chapeau 17 à pas- sage d'air coiffant l'entrée d'air centrale 140 Ce chapeau 17 contient au moins un bloc 18 en mousse filtrante de pré- filtration qui a un diamètre supérieur à celui de l'entrée d'air centrale 14 Entre les deux est prévu un conduit convergent 19 qui communique avec le canal central 14 en se raccordant avec lui En fait, dans cet exemple toute la zone de jonction est réalisée dans le couvercle 13 dans lequel sont ménagés successivement le conduit convergent 19 et le canal central 14 terminé par son orifice 15 De l'autre côté du bloc 18 en mousse filtrante le chapeau 17 a une paroi- terminale transversale 20 à travers laquelle sont percés plusieurs trous longitudinaux 21 d'entrée d'air Ces trous 21 s'ouvrent directement en face du bloc 18 dans le sens du passage de l'air a travers ce-dernier. Dans une variante du capteur portatif de l'invention illustré par la figure 2, le chapeau 17 se termine par une paroi terminale transversale 20 ' ayant un trou central lon- gitudinal 21 ' s'ouvrant en face du fond concave d'un déflec- teur concave intérieur 22 Ce dernier est disposé en amont du bloc 18 et il a dans sa zone périphérique plusieurs ouver- bures espacées 23 ouvertes en face de ce bloc 18, l'air aspiré par la rotation de la coupelle O arrivant, comme indiqué par des flèches en un courant axial central pour suivre radialement le déflecteur et former plusieurs courants axiaux périphériques dirigés directement sur le bloc 18 de- préfiltration. Quand le capteur portatif individuel est destiné à son usage essentiel, le bloc de préfiltration 18 est en mousse à pores ouverts de grade 45 (signifiant qu'elle a 45 cellules par pouce linéaire ou 45 cellules par longueur de 25,4 mm), tandis que la couronne 9 est en mousse à pores ouverts de grade 80 (ou 100) soit 80 (ou 100)cellules par longueur de ,4 mm, Ainsi constitué, le capteur décrit réalise une coupure de filtration au voisinage d'une grosseur de particules de microns, les plus grosses sont retenues dans le bloc 18 de préfiltration, celles qui sont susceptibles d'être retenues dans les poumons (dans la gamme de 5 microns à 0,5 micron) sont retenues dans la couronne en mousse 9; les plus fines ressortent du capteur par les trous 16 = Comme ceux-ci sont placés sur deux côtés opposés, comme le montre aussi la figure 2 qui est une coupe par un plan sensiblement analogue au plan de coupe de la figure 1, le capteur peut être porté sur la poitrine, suspendu au cou ou à l'épaule d'un utilisateur. En choisissant pour le bloc de préfiltration 18 une mousse de grade différent de celui qui est indiqué plus haut on peut modifier la coupure de filtration, par exemple pour satisfaire à des normes existantes En particulier, au lieu de choisir une coupure qui correspond à une grosseur de microns des particules on peut la fixer à une valeur diffé- rente comme 7 ou 10 microns, par exemple. La variante du chapeau 17 illustré par la figure 2 est utile dans une atmosphère qui contient des particules plus grosses ou des particules assez grosses en grande quan- tité: elles sont retenues en grande partie dans le fond du déflecteur concave 22. Il est possible de remplacer le bloc de préfiltration 18 par plusieurs préfiltres successifs de porosité décrois- sante (c'est-à-dire de grade croissant) afin de séparer et de recueillir plusieurs tranches distinctes de granulométrie décroissante et opérer du même coup une analyse sommaire des dimensions des poussières. Etant donné que la dimension des particules arrêtées ne dépend pas que de la porosité (ou du grade) de la mousse mais aussi de la vitesse du gaz qui la traverse (une vitesse 19 plus élevée s'accompagnant de l'arrêt de grains plus petits) on peut agir aussi sur le diamètre des préfiltres, par exem- ple en les entourant d'une bague pleine plus ou moins épaisse à l'intérieur du chapeau 17, afin de réaliser diver- ses tranches de préfiltration au-dessus des dimensions de 5 microns. Pour fixer les idées à ce sujet, on précisera que dans le capteur décrit ici en exemple, la vitesse des gaz était de 0,35 m/s avec un moteur tournant à 7000 t/mn et aspirant de l'air à un débit de 600 1/h environ Le pré- filtre avait un diamètre de 25 mm, une épaisseur de 20 mm et la couronne 9 avait un diamètre extérieur d e 35 mm. La figure 3 montre en coupe diamétrale une couronne 9 en mousse filtrante de grade 80, la facelatérale 11 découverte étant-vue légèrement de dessus en perspective. Le courant d'air chargé de poussières à 5 microns et moins qui sort de l'orifice 15 est réparti sensiblement sur toute la hauteur de la couronne 9 et de la coupelle 8 _; il est chassé radialement par la force centrifuge en abandonnant ses poussières supérieures à 0,5 micron et il sort par la face découverte il en empruntant une bande annulaire étroite 24 le long de la paroi latérale 8 B de la coupelle 8, en contournant un demi-tore central 25 coupé par la face laté- rale Il Cette bande annulaire 24 doit toujours rester découverte sur la face 11 Le profil de ce demi-tore central 25 dépend de la composante entre d'une part, la vitesse 8: axiale du courant d'air à la sortie de l'orifice 15 après sa concentration par le conduit convergent 19, d'autre part, la vitesse de rotation de la coupelle 8 et de la couronne 9 en mousse filtrante. Une pesée précise avant et après utilisation de la coupelle 8 contenant la couronné 9 en mousse ou de celle- ci seule fournit le poids des poussières retenues par l'appareil. REVENDICATIONS 1 Capteur portatif individuel de poussières suscep- tibles d'être retenues dans les poumons, comprenant une coupel- le ( 8) entraînée en rotation ayant un fond ( 8 A) et une paroi latérale ( 8 B), une couronne ( 9) en mousse filtrante à canal central ( 10) logée dans la coupelle ( 8), un couvercle ( 13) à entrée d'air centrale ( 14) et à sortie d'air latérale entou- rant la coupelle ( 8), un chapeau ( 17) à passage d'air coiffant ltentrée d'air centrale ( 14) du couvercle ( 13) et ayant une paroi extrême terminale ( 20, 20 P), caractérisé en ce que le chapeau ( 17) est rempli d'au moins un bloc ( 18) de préfil- tration et il existe après ce bloc un conduit convergent ( 19) se raccordant à Ventrée d'air centrale ( 14) du couvercle ( 13), cette entrée ( 14) aboutissant à un orifice de sortie ( 15) de diamètre inférieur au canal central ( 10) de la couronne ( 9) en mousse filtrante, disposé coaxialement à ce canal ( 10), cette couronne ( 9) en mousse ayant une épaisseur égale à la hauteur de la paroi latérale ( 8 B) de la coupelle ( 8) et présentant dans un plan transversal ( 12) une face latérale substantiellement découverte ( 11) tournée du côté de l Uarrivée de l'airo 2 Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie ( 15) se trouve dans le plan trans- versal ( 12) de la face latérale ( 11) de la couronne ( 9) en mousseo 3 o Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie de l'air hors du couvercle ( 13) se fait par des trous ( 16) percés dans sa paroi latérale en deux endroits diamétralement opposés, dans un plan transversal en retrait par rapport au plan transversal ( 12) o 4 Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur du retrait du plan transversal des trous ( 16) est comprise entre 45 % et 50 % de l'épaisseur de la couronne ( 9) en, mousseo 5 Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chapeau ( 17) a au moins un trou ( 20, 21) percé dans sa paroi extrême terminale ( 20,20 ') dirigé dans le sens de Vlentrée d'air en direction du bloc ( 18) de préfiltration. 6 Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le chapeau ( 17) a plusieurs trous longitudinaux espacés ( 21) s'ouvrant directement en face du bloc ( 18) de préfiltration. 7 Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le chapeau ( 17) a au moins un trou central longitudinal ( 21 ') s'ouvrant en face du fond concave ( 22) d'un déflec- teur concave disposé en amont du bloc ( 18) de préfiltration et ayant dans sa zone périphérique des ouvertures longitudi- nales espacées ( 23) s'ouvrant directement en face du bloc ( 18) de préfiltration. 8 Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le chapeau ( 17) contient plu- sieurs blocs successifs de préfiltration à porosité décrois- sante, l'ensemble retenant les particules de grosseur supé- rieure à une valeur prédéterminée, la couronne ( 9) en mousse filtrante retenant les poussières de grosseur comprise entre cette valeur et 0,5 micron. 9 Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le chapeau ( 17) contient un bloc ( 18) de préfiltration retenant les particules de grosseur supérieure à 5 microns, la couronne ( 9) en mousse filtrante retenant les poussières de grosseur comprise entre 5 microns et 0,5 micron.