Brevet FR2673147A1 — publié le 19920828

:1 Dispositif d'aération pour l'habitacle d'un véhicule, notamment installation de chauffage ou de climatisation pour un véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif d'aération pour l'habitacle d'un véhicule, notamment une installation de chauffage ou de climatisation pour un véhicule automobile, comprenant une soufflante pour renouveler l'air de l'habitacle et un filtre pour adsorber les substances odorantes ou nocives contenues dans le flux d'air débité par la soufflante. Dans un dispositif d'aération connu de ce type (demande de bre- vet allemand n' 30 04 675), une soufflante fonctionnant dans les deux sens de rotation est prévue pour régénérer un filtre à chimi- sorption et catalyseur, ou une couche de séchage du filtre; pendant la phase de régénération, cette soufflante, à l'aide d'un clapet supplé- mentaire d'air secondaire et d'un dispositif de chauffage, débite de l'air secondaire à travers la couche de séchage vers l'extérieur Avec ce dispositif toutefois, en dépit des moyens supplémentaires prévus pour la régénération, on ne peut empêcher que, lorsque des concen- trations de substances odorantes ou nocives apparaissent soudainement dans l'air ambiant du véhicule, la concentration de ces substances dans l'habitacle dépasse le seuil d'odeur ou de pollution. Dans un autre dispositif d'aération connu du type mentionné en introduction (demande de brevet allemand nô 35 26 407), afin d'augmenter la longévité d'un filtre d'absorption à action chimique, on ne fait passer le flux d'air débité par la soufflante à travers le filtre que pendant un intervalle de temps alloué, par un ordre d'enclenchement prédéterminé. Toutefois, même avec cette mesure, on ne peut pas empêcher l'effet néfaste déjà mentionné pour le dispositif connu précédemment décrit. Afin d'augmenter la longévité de filtres dans des dispositifs d'aération du type mentionné en introduction, on sait (brevet allemand né 37 06 220) qu'afin de le régénérer, on peut sortir le filtre par pi- votement à partir de sa position de service et, dans cette position sortie, le rincer par un flux partiel en sens opposé, dérivé du flux d'air Dans ce mode de réalisation, le but recherché est atteint au moyen d'une dépense mécanique accrue. L'état de la technique comprend également les mesures consis- tant, dans des installations de chauffage ou de climatisation de vé- hicules automobiles, à prévoir un dépoussiéreur avant le filtre olfactif (document EP-A 2 O 214 605), ou à incorporer des masses de chimi- sorption dans un dépoussiéreur (demande de brevet allemand n' 35 16 113) De plus, on connaît des dispositifs du type mentionné en intro- duction (demande de brevet allemand n' 35 26 462), dans lesquels l'apport d'air frais passant par le filtre est supprimé dès et tant qu'un ensemble de capteur détermine une teneur accrue en substances nocives dans l'air extérieur, et que la teneur en substances nocives dans l'habitacle du véhicule n'est pas supérieure à celle de l'air exté- rieur Un mode de réalisation compact d'un filtre à charbon actif est connu par la demande de brevet allemand né 38 19 002. La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'aération ou encore une installation de chauffage ou de climatisation du type mentionné en introduction, qui permette d'obtenir une action filtrante optimale avec une longévité maximale et un rapport le plus avantageux possible entre la capacité d'absorption et la masse ou taille du filtre De plus, ce résultat doit pouvoir être obtenu en prenant, en matière de fabrication, des mesures pouvant être bien maîtrisées. Pour un dispositif d'aération ou encore une installation de chauffage ou de climatisation du type mentionné en introduction, ce but est atteint par le fait que le filtre d'adsorption est conçu de telle sorte que, pour un spectre le plus large possible de substances odo- rantes ou nocives, la vitesse d'adsorption initiale soit suffisamment éle- vée et la vitesse de désorption suffisamment faible pour que, lors de l'apparition soudaine d'une concentration accrue de substances odo- rantes ou nocives dans le flux d'air et lors de la décroissance de la concentration accrue, la quantité de substances odorantes ou nocives arrivant dans l'habitacle avec le flux d'air reste en dessous d'une li- mite allouée de pollution, et par le fait que le filtre d'adsorption pos- sède au moins quatre couches de boules adsorbantes de charbon actif fixées dans une matrice, et les boules adsorbantes et la matrice por- teuse ont les caractéristiques suivantes: Surface spécifique > 950 m 2/g, Composition granulométrique: moyenne statistique 0,6 0,05 mm, 0,3 0,84 mm > 85 % 0,5 0,7 mm > 80 %, Proportion de micropores débenzolage > 35 % en poids dans la matrice porteuse pour saturation à 10 % et T = 20 'C. L'action avantageuse d'un filtre conçu de cette manière repose pour une grande part sur l'effet de dilution des substances odorantes ou nocives, c'est-à-dire sur l'adsorption totale et rapide de ces sub- stances et leur désorption progressive, fortement ralentie Une concentration temporairement élevée de substances odorantes ou no- cives est, sous l'action du filtre, abaissée dans une mesure telle que la concentration dans l'habitacle reste en dessous du seuil d'odeur ou de pollution des composants Ce faisant, le filtre est, dans de nombreux cas, à nouveau libéré de l'essentiel des substances odorantes ou no- cives adsorbées, de sorte que le processus de vieillissement du filtre est retardé et sa longévité allongée De plus, on obtient un mode de réalisation compact du filtre d'adsorption, avec un rapport avantageux entre la capacité d'absorption et la masse ou taille, et avec une action optimale On obtient un gain surproportionnel de poids, d'encombrement et de coût On peut obtenir initialement une adsorption totale de tous les hydrocarbures concernés, indépendamment de la désorption consécutive. Selon une caractéristique supplémentaire avantageuse de l'invention, la matrice porteuse a une valeur caractéristique d'environ ppi, et le revêtement adsorbant sur la matrice porteuse est égal à environ 1400 g/m 2 Cela contribue à l'obtention d'un mode de construction compact. En associant au filtre d'adsorption une dérivation asservissable, comme le prévoit une caractéristique supplémentaire, on peut régler le passage d'un flux partiel par le filtre, afin d'assurer des débits d'air élevés en l'absence ou en présence de seulement de faibles quantités de substances odorantes ou nocives, ou afin de permettre une désorp- tion suffisamment lente des substances adsorbées à adsorption 3 5 réversible. On augmente encore la longévité du filtre ou encore son action protectrice et ses performances si, selon une caractéristique supplé- mentaire de l'invention, un préfiltre est monté avant le filtre d'adsorption, conçu comme filtre principal, dans le flux d'air débité par la soufflante, le préfiltre étant de préférence constitué d'une composi- tion de matériau filtrant pour matières en suspension et de boules ad- sorbantes de charbon actif, et étant conçu de manière à séparer, outre les particules de poussière et similaires, également les substances à adsorption irréversible, et à en préserver ainsi le filtre principal consécutif On peut ainsi préserver le filtre d'adsorption, servant de filtre principal, des hydrocarbures à très haut point d'ébullition qui sont présents comme pollution de fond permanente Les boules adsor- bantes de charbon actif peuvent avantageusement être disposées sur un voile porteur replié, de sorte qu'on obtient une intégration à faible résistance dans un filtre actif pour les matières en suspension, avec un volume total limité du filtre Une enduction catalytique du préfiltre permet d'amplifier nettement son efficacité. Le remplacement du préfiltre, nécessaire au bout d'une durée donnée de service, est facilité si, selon une caractéristique supplé- mentaire, le préfiltre est disposé séparément du filtre principal et de préférence en amont de la soufflante On peut ainsi remplacer le pré- filtre sans remplacer simultanément le filtre principal, ce qui permet de prévoir des intervalles de remplacement plus courts pour le préfiltre d'une manière économique. Si, dans des dispositifs d'aération avec un évaporateur pour re- froidir l'air, le filtre principal est, selon une caractéristique supplé- mentaire de l'invention, disposé en aval de l'évaporateur, de sorte que l'air arrive réfrigéré au filtre principal, on obtient, notamment pour des substances odorantes ou nocives solubles dans l'eau, une action filtrante satisfaisante au sens de l'invention Dans d'autres cas, il peut être avantageux, comme le prévoit une variante, de disposer le filtre principal en amont de l'évaporateur, car l'évaporateur assèche le flux d'air frais et empêche donc de délivrer dans l'habitacle l'eau accumulée dans le filtre principal Pour des substances odorantes ou nocives in- solubles dans l'eau, il peut être avantageux de disposer le filtre prin- cipal en aval d'un élément chauffant du dispositif, car une humidité minimale relative de l'air est alors présente au niveau du filtre principal. On peut combiner les avantages décrits en montant un filtre principal en amont de l'évaporateur et un second filtre principal en aval de l'évaporateur. Selon une configuration supplémentaire de l'invention, un canal d'air recyclé menant dans l'habitacle bifurque d'un canal d'air frais menant au filtre principal, et un dispositif est prévu pour passer du fonctionnement à l'air frais au fonctionnement à l'air recyclé Ce dispo- sitif peut réagir lorsque la concentration de substances odorantes ou nocives dans l'air extérieur dépasse une valeur prédéterminée, et/ou lorsqu'une concentration accrue est présente dans l'air extérieur pen- dant plus d'une durée prédéterminée Dans tous les cas, on obtient un ménagement supplémentaire du préfiltre et du filtre principal, et une augmentation de leur longévité. Selon une caractéristique supplémentaire avantageuse, le dispo- sitif précité est commandé par un ensemble de capteur qui détecte la teneur en substances odorantes ou nocives de l'air extérieur et qui, éventuellement en coopération avec un capteur présent dans l'habitacle du véhicule, effectue le choix opportun entre le fonctionnement à l'air frais et le fonctionnement à l'air recyclé On peut ainsi augmenter d'une part les performances du système filtrant et d'autre part la lon- gévité de l'ensemble du système filtrant; en effet, pendant le fonction- nement à l'air recyclé, les filtres sont ménagés. L'action du système filtrant configuré conformément à l'invention, ou encore des composants individuels de ce système, est encore amélio- rée si, selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, un filtre d'air recyclé est disposé dans le canal d'air recyclé ou à son embouchure côté habitacle Ce filtre peut avantageusement, selon une caractéristique supplémentaire, être constitué d'une partie filtrante de matières en suspension et d'une partie filtrante à charbon actif Une telle composition filtrante permet d'absorber les poussières grossières transportées par les occupants dans l'habitacle, et d'en préserver ainsi le filtre principal De plus, le filtre principal est déchargé des sub- stances adsorbables qui pénètrent dans l'habitacle avant le passage au fonctionnement à l'air recyclé, ou ensuite. Si, selon une dernière caractéristique supplémentaire de l'invention, la partie filtrante à charbon actif est dotée d'une enduc- tion catalytique, les substances odorantes ou nocives pénétrant dans l'habitacle sont lentement éliminées pendant le fonctionnement à l'air recyclé Au reste, cette chimisorption engendre, à la différence de purs phénomènes d'adsorption/désorption, une consommation de maté- riau filtrant qui limite la longévité du filtre d'air recyclé. L'exposé qui suit décrit plus en détail l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique des principaux éléments fonctionnels d'un dispositif d'aération pour un véhicule auto- mobile équipé d'une installation de chauffage et de climatisation, la figure 2 est un graphique fonctionnel du préfiltre du disposi- tif de la figure 1, la figure 3 est un premier graphique fonctionnel du filtre prin- cipal du dispositif de la figure 1, et la figure 4 est un second graphique fonctionnel du filtre princi- pal du dispositif de la figure 1. Le dispositif représenté sur la figure 1, pour l'aération, le chauffage et la climatisation d'un habitacle 10 de véhicule automobile, possède une soufflante 12, par laquelle l'air extérieur est débité dans l'habitacle 10 en passant par un préfiltre 14, un canal d'air frais 16, un filtre principal 18, un évaporateur 20 et un corps chauffant 22. Une dérivation 24, commandée par un clapet de dérivation 26, est asso- ciée au filtre principal 18 La commande peut s'effectuer arbitrairement par le conducteur, ou à l'aide d'une unité de détection qui détermine d'elle-même la nécessité d'un passage d'air élevé. Un canal d'air recyclé 28 mène de l'habitacle 10 à un endroit 30 du canal d'air frais 16 qui se trouve entre le préfiltre 14 et la souf- flante 12 Un clapet de commutation 32 est prévu à l'endroit 30 pour passer du fonctionnement à l'air frais au fonctionnement à l'air recy- clé Le clapet de commutation 32 est commandé par une unité de dé- tection 34, qui détermine d'elle-même la nécessité d'un fonctionnement à l'air recyclé en cas de concentrations élevées de substances odo- rantes ou nocives dans l'air extérieur Le retour au fonctionnement à l'air frais peut être également influencé, outre par l'unité de détection 34, par un capteur 35 disposé dans l'habitacle Un filtre d'air recyclé 36 est prévu à l'entrée du canal d'air recyclé 28, filtre dont la fonc- tion et la configuration sont décrites ci-après dans le cadre de la des- cription détaillée du préfiltre 14 et du filtre principal 18. Le préfiltre 14 est constitué d'une composition de matériau fil- trant replié 38 pour matières en suspension ("Elektret"), et de boules adsorbantes de charbon actif, qui ne sont pas détaillées sur la figure. Cette composition filtrante est conçue de manière à séparer, outre les particules de poussière et impuretés similaires, les substances adsor- bables à adsorption irréversible ou quasi-irréversible, et à laisser pas- ser les substances adsorbables à adsorption réversible au sens de l'invention. Le graphique de la figure 2 est caractéristique de la conception ou encore des performances d'adsorption du préfiltre 14 Sur ce gra- phique, on a porté en abscisse l'allure en fonction du temps t d'une sollicitation par des substances odorantes ou nocives, et en ordonnée la concentration k de ces substances En supposant que les concentra- tions de substances odorantes ou nocives aient une valeur constante kl (droite a) pendant la totalité de l'intervalle de temps considéré, on ob- tient, à la sortie du préfiltre 14, une allure de concentration selon la courbe caractéristique d'adsorption b du préfiltre 14 Cette courbe présente une rapide montée initiale, suivie d'une allure de saturation plate (adsorption lente, persistante). Le filtre principal 18 est constitué de plusieurs couches 40, de préférence six, de boules adsorbantes de charbon actif fixées dans une matrice, et il est conçu de manière à obtenir un effet filtrant basé sur l'adsorption rapide des substances odorantes ou nocives et leur dé- sorption progressive, fortement ralentie Les boules adsorbantes de charbon actif présentent les caractéristiques suivantes: Surface spécifique: > 950 m 2/g, Composition granulométrique: moyenne statistique 0,6 0,05 mm, 0,3 0,84 mm > 85 % 0,5 0,7 mm > 80 %, Proportion de micropores débenzolage > 35 % en poids dans la matrice porteuse: pour saturation à 10 % et T = 20 C. Les deux graphiques selon les figures 3 et 4 sont caractéris- tiques de la conception ou encore du comportement d'adsorption du filtre principal 18 Sur les deux graphiques, on a porté, en fonction du temps t, la concentration de substances odorantes ou nocives avant et après le filtre principal 18, le graphique de la figure 3 partant d'une action de longue durée (droite a) et celui de la figure 4 d'une action de courte durée (droite c) La courbe caractéristique d'adsorption d de la figure 3 présente au début une faible pente ascendante, qui corres- pond à une capacité de retenue élevée du filtre principal 18 Cette ca- ractéristique assure une adsorption rapide de quantités de substances odorantes ou nocives importantes et apparaissant temporairement, de sorte que la concentration de ces substances est, à la sortie du filtre principal 18, abaissée en dessous d'une limite de pollution allouée, in- diquée par la droite e en trait mixte. Avec l'action conjointe de la faible vitesse de désorption recher- chée dans le filtre principal 18, on obtient que, lors d'une action seu- lement de courte durée d'une concentration élevée de substances odo- rantes ou nocives, telle que supposée entre les instants tl et t 2 sur la figure 4, la concentration à la sortie du filtre principal 18 ne s'élève pas au-dessus du seuil de pollution e Cet effet est nettement recon- naissable sur la figure 4 par l'allure plate de la courbe caractéristique d'absorption f du filtre principal 18 qui est obtenue dans ce cas. L'allure de la courbe caractéristique d'adsorption f peut être encore plus aplatie si, en présence de concentrations élevées de substances odorantes ou nocives, l'unité de détection 34 provoque à un instant approprié le passage au fonctionnement à l'air recyclé. D'une manière non représentée en détail, le filtre d'air recyclé 36 associé au canal d'air recyclé 28 est constitué d'une partie filtrante de matières en suspension et peut être complété d'une partie filtrante à charbon actif, présentant de préférence une enduction catalytique. La partie filtrante de matières en suspension filtre les poussières grossières transportées par les occupants dans l'habitacle, de sorte que le filtre principal 18 en est également préservé pendant le fonc- tionnement à l'air recyclé, ce qui allonge sa longévité La partie fil- trante à charbon actif présentant de préférence une enduction cataly- tique élimine lentement, pendant le fonctionnement à l'air recyclé, les substances odorantes ou nocives pénétrant dans l'habitacle, ménageant ainsi encore plus le filtre principal 18. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'aération pour l'habitacle d'un véhicule, notamment installation de chauffage ou de climatisation pour un véhicule automo- bile, comprenant une soufflante pour renouveler l'air de l'habitacle et un filtre pour adsorber les substances odorantes ou nocives contenues dans le flux d'air débité par la soufflante, c a r a c t é r i S é en ce que le filtre d'adsorption ( 18) est conçu de telle sorte que, pour un spectre le plus large possible de sub- stances odorantes ou nocives, la vitesse d'adsorption initiale soit suffi- samment élevée et la vitesse de désorption suffisamment faible pour que, lors de l'apparition soudaine d'une concentration accrue de sub- stances odorantes ou nocives dans le flux d'air et lors de la décrois- sance de la concentration accrue, la quantité de substances odorantes ou nocives arrivant dans l'habitacle avec le flux d'air reste en dessous d'une limite allouée de pollution, et en ce que le filtre d'adsorption ( 18) possède au moins quatre couches ( 40) de boules adsorbantes de charbon actif fixées dans une matrice, et les boules adsorbantes et la matrice porteuse ont les ca- ractéristiques suivantes: Surface spécifique: > 950 m 2/g, Composition granulométrique: moyenne statistique 0,6 + 0,05 mm, 0,3 0, 84 mm > 85 % 0,5 0,7 mm > 80 %, Proportion de micropores débenzolage > 35 % en poids dans la matrice porteuse: pour saturation à 10 % et T = 20 C. 2 Dispositif d'aération selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice porteuse a une valeur caractéristique d'environ 20 ppi, et le revêtement adsorbant sur la matrice porteuse est d'environ 1400 g/m 2. 3 Dispositif d'aération selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une dérivation asservissable ( 24) est associée au filtre d'adsorption ( 18). 4 Dispositif d'aération selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un préfiltre ( 14) est monté avant le filtre d'adsorption, conçu comme filtre principal ( 18), dans le flux d'air débité par la soufflante ( 12), le préfiltre étant de préférence constitué d'une composition de matériau filtrant pour matières en suspension et de boules adsorbantes de charbon actif, et étant conçu de manière à séparer, outre les particules de poussière et similaires, également les substances à adsorption irréversible, et à en préserver ainsi le filtre principal ( 18) consécutif. 5 Dispositif d'aération selon la revendication 4, caractérisé en ce que le préfiltre ( 14) est disposé séparément du filtre principal ( 18) et de préférence en amont de la soufflante ( 12). 6 Dispositif d'aération avec un évaporateur pour refroidir l'air, selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le filtre principal ( 18) est disposé en aval de l'évaporateur ( 20). 7 Dispositif d'aération avec un évaporateur pour refroidir l'air, selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le filtre principal ( 18) est disposé en amont de l'évaporateur ( 20). 8 Dispositif d'aération selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'un canal d'air recyclé ( 28) menant dans l'habitacle ( 10) bifurque d'un canal d'air frais ( 16) menant au filtre principal ( 18), et un dispositif ( 32) est prévu pour passer du fonction- nement à l'air frais au fonctionnement à l'air recyclé. 9 Dispositif d'aération selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif ( 32) est commandé par un ensemble de capteur ( 34) détectant la teneur en substances odorantes ou nocives de l'air extérieur. Dispositif d'aération selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'un filtre d'air recyclé ( 36) est disposé dans le canal d'air re- cyclé ( 28) ou à son embouchure côté habitacle. 11 Dispositif d'aération selon la revendication 10, caractérisé en ce que le filtre d'air recyclé ( 36) est constitué d'une partie filtrante de matières en suspension et d'une partie filtrante à charbon actif. 12 Dispositif d'aération selon la revendication 11, caractérisé en ce que la partie filtrante à charbon actif présente une enduction ca- talytique.