Brevet FR2713720A1 — publié le 19950616

La présente invention concerne un rotor de pompe à air centrifuge et plus particulièrement, mais non exclusivement, un rotor destiné à équiper un dispositif portable de contrôle microbiologique de l'air. On a proposé des dispositifs portables de contrôle microbiologique de l'air comprenant une pompe à air centrifuge pour aspirer de l'air ambiant à travers un tamis. Une boîte de Pétri est disposée en regard du tamis de sorte que les poussières contenues dans l'air ambiant et entraînées par les jets d'air traversant les perforations du tamis sont projetées sur le milieu nutritif de la boîte. Après aspiration d'un volume déterminé d'air ambiant, la boîte de Pétri est retirée et placée dans une étuve pour que les micro-organismes présents sur les poussières déposées sur le milieu nutritif développent des colonies qui sont ensuite comptabilisées afin de calculer la concentration volumique de micro-organismes dans l'air ambiant prélevé. D'une façon générale, plus le diamètre des perforations du tamis est petit, plus les jets issus de ces perforations sont fins et leur turbulence réduite, de sorte que leur aptitude à projeter des poussières de petite taille sur le milieu nutritif de la boîte de Pétri augmente. Toutefois, la perte de charge à la traversée du tamis augmente lorsque le diamètre des perforations diminue, de sorte que le diamètre minimum possible pour ces dernières dépend de la valeur de la dépression que l'on peut atteindre en aval du tamis, au moyen de la pompe à air centrifuge. L'obtention d'une dépression élevée ne présente pas de problème particulier pour les dispositifs de contrôle non portables, non soumis à des exigences de légèreté et d'autonomie. n en va toutefois autrement pour les dispositifs portables connus. Les pompes à air centrifuges utilisées dans les dispositifs portables de contrôle microbiologique connus comprennent des rotors hélicoides ou centrifuges à "action", du type connu dit 'cage d'écureuil". Ces rotors produisent un débit d'air élevé lorsqutentrainés en rotation à une vitesse de quelques milliers de tours par minute. En contrepartie, la dépression obtenue en amont est faible, et on ne peut pas l'accroltre en augmentant la vitesse de rotation sous peine d'éclatement de la structure sous l'action des forces centrifuges. Finalement, la dépression que l'on obtient avec ces pompes à air connues n'est pas suffisante pour autoriser l'emploi d'un tamis dont le diamètre des perforations serait suffisamment faible pour permettre la collection de poussières de petite taille. Ces dispositifs portables connus ne permettent donc pas de collecter la totalité des poussières présentes dans un volume d'air donné, de sorte que la concentration en micro-organismes qui est calculée après mise à l'étuve de la boite de Pétri ne correspond pas à la réalité. On a proposé, dans le but de collecter des poussières dont la taille est comprise entre 2 et 5 rm, des dispositifs ne comportant pas de tamis mais un tambour perforé, entraîné en rotation en synchronisme avec une hélice placée en son centre. Cette dernière aspire l'air ambiant dans le tambour et le force au travers des perforations de celuin. Un support en forme de ruban, imprégné d'un milieu nutritif, est placé sur la périphérie externe du tambour pour être entraîné en rotation avec ce dernier. 1l reçoit les jets d'air s'échappant des perforations du tambour et collecte les poussières entraînées par ceux-ci. Ces dispositifs connus présentent l'inconvénient de ne pas utiliser de boîte de Pétri standard, mais un support spécifique et coûteux. La présente invention vise à réaliser une pompe à air centrifuge perfectionnée, apte à produire une dépression importante et dont l'emploi dans un dispositif portable de contrôle microbiologique de l'air rend possible la collection de poussières de petite taille, en utilisant un ou plusieurs tamis montés en cascade et une ou plusieurs boîtes de Pétri standard. La présente invention y parvient par le fait que le rotor de la pompe comporte une cavité centrale d'aspiration et au moins un canal radial interne formé dans le corps du rotor, de section sensiblement constante, communiquant à une extrémité avec ladite cavité centrale et débouchant à l'autre extrémité sur la périphérie du rotor. Le rotor selon l'invention permet d'obtenir une forte dépression, autorisant l'utilisation d'un tamis dont les perforations présentent un diamètre suffisamment faible pour la collection de poussières de taille extrêmement réduite, typiquement égale à 1 crm, sur le milieu nutritif d'une boîte de Pétri standard, disposée de façon à recevoir les jets d'air s'échappant des perforations du tamiL L'invention a ainsi pour objet un dispositif portable de contrôle d'un air chargé en poussières, comportant des moyens de collection pour recueillir lesdites poussières et des moyens d'aspiration pour forcer l'air au travers desdits moyens de collection, caractérisé en ce que lesdits moyens d'aspiration comprennent un rotor conforme à l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue, en coupe axiale, d'un dispositif de contrôle microbiologique de l'air équipé d'un rotor de pompe à air centrifuge conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale du rotor représenté isolément, - la figure 3 est une vue selon la flèche III de la figure 2 du rotor. On a représenté sur la figure 1 un dispositif portable de contrôle microbiologique de l'air 1, équipé d'un rotor de pompe à air centrifuge conforme à l'invention. Le dispositif 1 comporte un corps 20 tubulaire, formant poignée et à l'intérieur duquel est placée une source d'énergie électrique 23, constituée de piles ou d'accumulateurs. Un moteur électrique 21, alimenté par la source d'énergie électrique 23, est disposé à l'intérieur du corps 20 et il est fixé d'un côté d'un disque de support 11, rapporté au moyen d'une bride 22, sur une tranche d'extrémité du corps 20. Le disque de support 11 présente un alésage central 14 pour le passage de l'arbre 24 du moteur 21, sur lequel est monté un rotor 100 conforme à l'invention, destiné à être entraîné en rotation par le moteur 21 autour d'un axe de rotation X. Le disque de support 11 comporte une pluralité d'alésages 18 non équirépartis autour de l'axe X, afin de réduire le bruit de raie. Ces alésages sont placés de préférence sur le plus grand diamètre possible. Un couvercle 12 est rapporté sur le disque de support 11 du côté opposé au corps 20 pour former un carter de pompe 10 à l'intérieur 13 duquel évolue le rotor 100. Le couvercle 12 comporte une paroi de fond 1 2a plane et circulaire s'étendant perpendiculairement à l'axe X, alésée en son centre pour définir un passage 15 d'admission d'air dans le carter 10, et prolongée axialement à sa périphérie par une jupe 12b cylindrique de révolution autour de l'axe X, s'ajustant par son bord libre 1 2c sur un épaulement périphérique 1 la du disque de support 11. On peut sans sortir du cadre de l'invention réaliser le carter avec une forme non symétrique de révolution, qui peut être classiquement en forme de spirale comme il est d'usage de le faire pour les ventilateurs et les compresseurs centrifuges. Dans ce cas les alésages 18 ne sont pas, bien entendu, nécessaires. Un tel dispositif en spirale bien connu de l'homme de l'art, n'est pas décrit ici. Dans l'exemple de réalisation décrit, le dispositif 1 comporte deux étages de collection de particules traversés en série par l'air ambiant, aspiré par la pompe à air centrifuge située en aval. Le premier étage de collection comporte une couronne 30a qui présente une paroi cylindrique de révolution autour de l'axe X, s'élargissant à ses extrémités axiales pour former des brides 3 la et 32a, dans lesquelles sont logés des joints toriques respectifs 201 et 202. La couronne 30a comporte à sa base des extensions 36a dirigées radialement vers l'intérieur, au nombre de trois dans l'exemple de réalisation décrit, équiréparties autour de l'axe X et dont on n'aperçoit qu'une seule d'entre elles sur la coupe axiale de la figure 1. Ces extensions 36a présentent des épaulements 35a destinés au montage, à l'intérieur de la couronne 30a, d'une boîte de Pétri 60a connue en elle-même. Un tamis 40a, dont le fond est constitué par une plaque circulaire perforée 41a, est monté sur la couronne 30a, les perforations 42a de la plaque 41a se situant en regard, et à faible distance, du fond de la boîte de Pétri 60a sur lequel est déposé un milieu nutritif. La plaque perforée 41a est supportée à sa périphérie par une paroi 44a cylindrique de révolution autour de l'axe X, s'étendant axialement en éloignement de la boîte 60a et prolongée radialement vers l'extérieur à son extrémité supérieure par une bride épaulée 43a, s'ajustant de façon étanche sur la bride 31a de la couronne 30a avec pincement du joint torique 201. Un couvercle 80 est monté sur le tamis 40a, du côté opposé à la couronne 30a. Ce couvercle 80 se présente sous la forme d'un disque centré sur l'axe X, traversé en son centre par un perçage 81 prolongé extérieurement par un embout 82. Ce dernier s'étend axialement du côté opposé au tamis 40a et il est destiné au montage sur le dispositif 1 d'une tête de prélèvement isocinétique, comme cela sera précisé dans la suite. Le couvercle 80 présente du côté du tamis 40a un épaulement périphérique s'ajustant de façon étanche sur la bride épaulée 43a, avec pincement d'un joint torique 200 logé dans une rainure annulaire du couvercle 80. Le couvercle 80 est retenu sur le tamis 40a par trois ressorts 90 travaillant en traction, dont un seul est représenté sur la figure 1, accrochés à une extrémité au couvercle 80 et à l'autre extrémité à des crochets respectifs 12a solidaires du couvercle 12, les axes des ressorts 90 étant parallèles à l'axe X et équirépartis autour de ce dernier. Un deuxième étage de collection, comprenant une couronne 30b identique à la couronne 30a, est disposé en aval du premier étage et en amont de la pompe à air centrifuge. La couronne 30b ne sera pas décrite à nouveau en détail, les parties semblables à celles de la couronne 30a portant les mêmes références numériques, affectées d'un b à la place d'un a La couronne 30b s'ajuste de façon étanche par sa bride 32b sur un épaulement annulaire de la paroi 12a du couvercle 12, avec pincement d'un joint torique 204 logé dans la bride 32b. Une boîte de Pétri 60b identique à la boîte de Pétri 60a est maintenue en place sur des épaulements 35b d'extensions 36b de la couronne 30b, en regard d'un tamis 40b. Ce dernier présente une forme identique au tamis 40a, hormis les perforations 42b de sa plaque perforée 41b, qui peuvent présenter une disposition et un diamètre différents. Ainsi, dans l'exemple décrit, les perforations 42b présentent un diamètre inférieur à celui des perforations 42a du tamis 40a, en vue de collecter sur la boite 60b les poussières dont la taille est la plus faible. Le tamis 40b s'applique de façon étanche par une bride épaulée 43b entre la bride 32a (avec pincement du joint torique 202) et la bride 31b (avec pincement du joint torique 203). L'empilement constitué par le couvercle 80, le tamis 40a, la couronne 30a, le tamis 40b et la couronne 30b est maintenu en place sur le couvercle 12 par l'action des ressorts 90. Les perforations 42b ont typiquement un diamètre compris entre 0,2 et 0,5 mm, et celles de l'étage précédent, 42a, entre 0,4 et 1 mm. Ces valeurs ne sont pas limitatives. Elles sont déterminées en utilisant les lois connues de la physique de l'impaction, en fonction des caractéristiques que l'on cherche à obtenir. On a représenté isolément sur les figures 2 et 3 le rotor 100. Celui-ci présente un corps 102 discoïde, centré sur l'axe X, délimité radialement par une tranche 104 cylindrique de révolution autour de l'axe X. Le corps 102 est parcouru intérieurement par six canaux radiaux 101, d'axes perpendiculaires à l'axe X, débouchant chacun à une extrémité 106 dans une cavité centrale d'aspiration 112 du corps 102 et à l'autre extrémité 103 sur la tranche 104 de celui-ci. La cavité centrale 112 est constituée par un lamage débouchant sur une face frontale du corps 102, dont le fond 107 est traversé par un alésage 108, d'axe X, débouchant sur l'autre face frontale du corps 102 et dans lequel est engagé à force l'arbre 24 du moteur 21. La cavité centrale 112 est bordée par une paroi 105 cylindrique de révolution autour de l'axe X, formant saillie sur la face frontale du corps 102 opposée à l'alésage 108 et destinée à s'engager dans l'alésage 15 du couvercle 12. Dans l'exemple de réalisation décrit, les canaux radiaux 101 sont au nombre de six et sont équirépartis autour de l'axe X. On peut, bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, réaliser un nombre différent de canaux, de préférence compris entre 2 et 12, avec une répartition non-régulière de ceux-ci autour de l'axe X de façon à réduire le bruit de fonctionnement de la pompe en évitant la naissance d'un bruit de raie. Chaque canal 101 présente une section constante circulaire centrée sur un rayon et il est avantageusement obtenu par un alésage du corps 102, à partir de sa tranche 104, jusqu'à la cavité 112. Le diamètre de la cavité 112 est avantageusement compris entre 0,1 et 0,8 fois le diamètre externe du corps 102. Dans l'exemple décrit, le diamètre de la cavité 112 vaut environ le quart du diamètre externe du corps 102, égal à 80 mm. A titre indicatif, l'épaisseur du corps 102, mesurée sur sa tranche 104, vaut 9 mm et le diamètre des canaux 101 vaut 5 mm. Le fonctionnement du dispositif 1 est le suivant. Le moteur 21 est alimenté par la source d'énergie électrique 23 pour entraîner le rotor 100 en rotation autour de l'axe X, à une vitesse de préférence constante et déterminée par l'utilisateur au moyen d'un dispositif de commande connu en lui-même. 1l peut s'agir par exemple d'un dispositif de régulation de la vitesse mettant en oeuvre une variation de contraste de la surface du rotor, lue par une cellule photo-électrique. L'utilisateur peut ainsi, en programmant le dispositif de régulation, jouer sur la vitesse du rotor et régler le débit de la pompe à une valeur souhaitée. La vitesse du rotor 100 est avantageusement comprise entre 6000 et 40 000 tours par minute, créant une dépression supérieure ou égale à 4 000 Pascals entre l'extérieur et l'intérieur 13 du carter 10. De préférence, le débit d'aspiration est compris entre 10 et 1 000 litres par minutie. On veillera de préférence à ce que la vitesse radiale de l'air dans les canaux 101, qui dépend du nombre et de la section de ces derniers, soit inférieure ou égale à la moitié de la vitesse tangentielle périphérique du rotor, de façon à ce que le dernier évolue selon un régime aérodynamique favorable, tant sur le plan des performances que du rendement énergétique. L'air ambiant, chargé de poussières, est aspiré selon la flèche Ee à l'intérieur du premier étage de collection. n traverse les perforations 42a du tamis 40a pour donner naissance à une pluralité de jets jl orientés parallèlement à l'axe X vers le fond de la boite de Pétri 60a, entraînant avec eux les poussières dont les plus grosses sont retenues par le milieu nutritif de la boîte après impact sur celui-ci. Après traversée du tamis 40a, l'air s'écoule selon la flèche E1 dans l'espace annulaire ménagé entre le montant de la boite 60a et la surface radialement interne de la couronne 30a, vers le tamis 40b. L'air s'écoule à travers les perforations 42b de celui-ci en formant une pluralité de jets i2 orientés parallèlement à l'axe X vers le fond de la boîte de Pétri 60b, et en entraînant avec eux les poussières non déjà retenues par le premier étage. Le diamètre des perforations 42b, inférieur au diamètre des perforations 42a, permet de collecter sur la boite 40b des poussières de taille réduite, typiquement égale à 1 sm. L'air sortant du tamis 40b s'écoule selon la flèche E2 dans l'espace annulaire compris entre le montant de la boite 60b et la surface radialement interne de la couronne 30b, sous l'effet de la dépression créée par le rotor 100. L'air pénètre dans la cavité centrale 112 en traversant de l'alésage 15 du couvercle 12. On veillera bien entendu à ménager un jeu radial réduit entre la paroi 105 et l'alésage 15. Le cas échéant, on peut proposer de rapporter sur le rotor 100 ou sur le couvercle 12 une lèvre d'étanchéité destinée à améliorer l'étanchéité entre la cavité centrale 112 et l'extérieur du carter 10. L'air éjecté des canaux radiaux 101 à l'intérieur 13 du carter 10 quitte ce dernier par les alésages 18, en balayant le corps 20 et refroidissant ainsi le moteur 21. L'embout 82 est, si nécessaire, équipé d'une tête de prélèvement isocinétique constituée par un tube pouvant être coudé, de diamètre déterminé, permettant d'effectuer un prélèvement d'air dans un écoulement dont la vitesse est connue, par exemple de l'air circulant à l'intérieur d'une gaine de ventilation. Les têtes de prélèvement isocinétiques sont connues en elles-mêmes et n'ont donc pas été représentées. Le rotor selon l'invention permet d'obtenir une dépression élevée avec un rendement énergétique avantageux, donc avec une faible consommation électrique du moteur, conférant par conséquent au dispositif une autonomie importante. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit. On peut notamment équiper le dispositif d'un seul étage de collection ou d'un ou plusieurs étages de collection supplémentaires, et l'équiper également d'un ou plusieurs étages d'aspiration supplémentaires, comprenant chacun un rotor conforme à l'invention. Dans une variante de réalisation, le dispositif est équipé d'un gicleur sonique, connu en lui-même, monté sur l'entrée de l'alésage 15 du couvercle 12, dont la propriété est, une fois amorcé, d'être traversé par un débit d'air constant, quelle que soit la dépression régnant en aval. Il n'est alors plus nécessaire de réguler avec une grande précision la vitesse de rotation du moteur pour aspirer l'air avec un débit constant. On peut remplacer bien entendu les ressorts 90 par tout moyen de fixation équivalent connu de l'homme de métier. Finalement, le rotor de pompe selon l'invention peut équiper tout appareil portable nécessitant la création d'une dépression importante. n trouve ainsi une autre application, par exemple, dans un compteur de particules pour aspirer l'air ambiant au travers d'une chambre équipée de moyens de détection et de comptage des particules. REVENDICATIONS 1/ Rotor de pompe à air centrifuge, apte à être entraîné en rotation autour d'un axe de rotation (X), caractérisé en ce qu'il comporte une cavité centrale d'aspiration (112) et au moins un canal radial interne (101) de section sensiblement constante, formé dans le corps du rotor, communiquant à une extrémité (106) avec ladite cavité centrale et débouchant à l'autre extrémité (103) à la périphérie du rotor. 2/ Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est monobloc. 3/ Rotor selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte entre deux et douze canaux radiaux internes (101), de préférence six. 4/ Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits canaux radiaux internes (101) débouchent en des emplacements irrégulièrement répartis sur la périphérie du rotor. 5/ Rotor selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cavité centrale (112) est cylindrique de révolution autour dudit axe de rotation (X) et présente un diamètre compris entre 0,1 et 0,8 fois le diamètre radial externe du rotor. 6/ Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cavité centrale (112) est formée par un lamage débouchant sur une face frontale du rotor. 7/ Rotor selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ou les canaux radiaux internes (101) présentent une section circulaire, centrée chacune sur un rayon. 8/ Pompe à air centrifuge, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, et un moteur (21) apte à l'entraîner en rotation à une vitesse comprise entre 6000 et 40 000 tours/mn. 9/ Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que le débit d'air aspiré par le rotor est compris entre 10 et 1 000 litres/mn. 10/ Dispositif portable (1) de contrôle d'un air chargé en poussières, comportant des moyens de collection pour recueillir lesdites poussières et des moyens pour aspirer l'air au travers desdits moyens de collection, caractérisé en ce qu'il est équipé d'une pompe à air conforme à l'une des revendications 8et9.