Brevet FR2721232A1 — publié le 19951222

La présente invention concerne l'utilisation d'une couche filtrante-adsorbante comme filtre à substances odorantes et/ou à substances nocives dans des canaux d'amenée d'air, par exemple dans des installations de climatisation, des véhicules automobiles ou des moyens de transport. D'après les connaissances actuelles, les filtres traditionnels à particules ne suffisent pas à l'épuration de courants d'air (par exemple dans des installations de climatisation, dans l'aération de véhicules automobiles, etc.), car ils ne peuvent pas retenir des composants gazeux, notamment des substances odorantes ou des substances nocives dont l'action sur le bien-être et sur la santé a été largement sous-estimée dans le passé. C'est pourquoi un filtre adsorbant a été installé en aval des filtres à particules. A l'heure actuelle, les filtres adsorbants sont principalement fabriqués à base de charbon actif. On utilise souvent, pour des installations stationnaires, des charges versées en couches minces, qui sont toutefois inappropriées dans le domaine de l'automobile. Mais des filtres comportant une charge en vrac impliquent toujours un compromis en ce qui concerne le diamètre des particules : la cinétique exige de petites particules de matière adsorbante, tandis que les particules doivent être grandes lorsqu'on s'efforce d'obtenir une chute de pression plus faible. De même, des voies de cheminement se forment aisément. L'entretien ou l'échange est rendu difficile, et de plus forts encrassements sont produits. Ces inconvénients ont été écartés en majeure partie par le développement du principe du lit fixe expansé ou "expanded fixed bed".Selon ce principe, de petites particules de matière adsorbante sont fixées sur une structure de support ouverte, qui est le plus souvent de forme plate. On évite ainsi le compromis concernant le diamètre des particules ; en outre, les éléments filtrants de forme plate, produisant peu de poussière, peuvent être facilement échangés, ce qui rend l'entretien beaucoup moins laborieux que dans des filtres classiques. On commence à utiliser aussi bien des filtres à plaques que des filtres plissés, ou ils sont en cours de développement, pour des canaux d'aération d'habitacles de véhicules automobiles. Des filtres à plaques peuvent aussi bien être constitués de particules de charbon actif adhérant les unes aux autres que réalisés selon le principe du "lit fixe expansé". Ces milieux filtrants sont fixés ou incorporés par moussage dans un cadre au moyen d'un joint d'étanchéité, et ce cadre est inséré dans le canal d'amenée d'air.Un inconvénient important de ces filtres est qu'ils ont besoin de beaucoup de place à cause du cadre et du joint d'étanchéité, que leur fabrication est laborieuse et par conséquent coûteuse et que la décontamination et le recyclage de ces filtres engendre des problèmes considérables, du fait que la liaison fixe des différents matériaux les uns aux autres est une entrave à l'obligation de séparation des matières. Le problème sur lequel l'invention est basée est de rendre disponible un filtre à substances odorantes et plus précisément à substances nocives qui ne comporte ni joint ni cadre. Ce problème est résolu conformément à l'invention par l'utilisation d'une couche filtrante-adsorbante autoportante, élastique et insérée sous légère compression dans les canaux d'amenée d'air, en un matériau de support très perméable à l'air, avec une matière adsorbante fixée au moyen d'un adhésif comme filtre à substances odorantes et/ou à substances nocives sans joint ni moyen de fixation. Cette couche filtrante-adsorbante consiste en un moyen filtrant opérant selon le principe du "lit fixe expansé". On connaît des couches filtrantes-adsorbantes auto-portantes et élastiques. Ainsi, le document DE-A38 13 563 décrit une matière filtrante qui est constituée d'une mousse réticulée de polyuréthanne qui est chargée de charbon actif. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, on utilise de telles couches filtrantes-adsorbantes dans des installations de climatisation, dans des véhicules automobiles ou dans des moyens de transport. On peut utiliser comme matière de support très perméable à l'air toute mousse grossièrement poreuse, notamment une mousse réticulée de polyuréthanne. La matière adsorbante peut ensuite être fixée à l'aide d'un adhésif au squelette de cette matière de support. On produit ainsi une couche filtrante-adsorbante auto-portante. I1 existe déjà des procédés de décontamination et de recyclage pour les couches filtrantes-adsorbantes utilisées conformément à l'invention. Pour le but d'utilisation conforme à l'invention, la couche filtrante-adsorbante doit d'une part posséder une élasticité suffisante et d'autre part avoir une stabilité de forme suffisamment grande. Une élasticité suffisante de même qu'une stabilité de forme suffisamment grande de la coucheadsorbante existent lorsque la partie extrême d'une couche filtrante-adsorbante qui dépasse de 20 cm le bord d'une surface d'appui (par exemple le bord d'une table) s'abaisse de 2 à 10 fois, notamment de 2 à 5 fois l'épaisseur de la couche filtrante-adsorbante. I1 est alors évident que des plaques plus épaisses s'affaissent moins que des plaques plus minces. L'avantage de l'utilisation des matériaux conformes à l'invention réside dans le fait que ces matériaux peuvent être insérés directement dans le canal d'aération sans joint particulier et sans l'adjonction d'un cadre. Le canal d'aération peut assurément présenter des rails de guidage étroits pour faciliter l'insertion. La mousse réticulée de polyuréthanne à pores ouverts peut avoir une porosité d'environ 3 à 12 pores par cm. De telles mousses sont décrites par exemple dans le document EP-B-340 542. Une matière adhésive est projetée sur cette mousse de polyuréthanne puis cette dernière est chargée de part en part d'une matière adsorbante appropriée en particules de 0,3 à 1 mm. Cette charge, notamment une charge totale, de la surface interne de la mousse crée une très grande rigidité. Toutefois, la matière ne peut pas être suffisamment comprimée pour que les plaques présentant le surdimensionnement correspondant puissent être introduites sous contrainte dans le canal d'amenée d'air prévu à cet effet. On a constaté le fait surprenant qu'une percée dans la zone marginale (que l'on appelle "viabilité marginale") pouvait être totalement évitée par l'utilisation conforme à l'invention de la couche filtrante-adsorbante. Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, le diamètre des particules de la matière adsorbante est au moins trois fois inférieur à celui des pores de la mousse de polyuréthanne. La compressibilité de la mousse de polyuréthanne chargée doit s'élever au minimum à 2 % sous une pression de 1 à 10 N/cm2. Mais cette couche filtrante-adsorbante peut aussi être multiple. L'épaisseur des couches filtrantes-adsorbantes individuelles se situe généralement entre 5 et 40 mm, notamment entre 10 et 30 mm. Dans le cas d'une multicouche filtrante-adsorbante, l'épaisseur de chaque couche individuelle se situe entre environ 5 et 30 mm. Comme matières adsorbantes, on peut utiliser du charbon actif (matière carbonisée puis acti vée, qui provient de matières premières végé tales (bois, tourbe, houille, etc.)) du charbon actif en particules sphériques dérivé de brai de houille ou de résidus de pétrole, ayant un diamètre de 0,2 à 2 mm, de préférence de 0,3 à 1 mm, une surface spécifique au moins égale à 900 m2/g (déterminée d'après la méthode BET) et/ou une pression d'éclatement au moins égale à 10 N, de préférence au moins égale à 30 N, lorsqu'on utilise une bille de 0,5 mm de diamètre (un charbon actif en particules sphériques de ce genre est décrit par exemple dans les documents GB-B-1 525 420, GB-B-2 012 257, GB-A2 025 385 ou GB-A-2 053 176) de la houille schisteuse ou du charbon en granules ayant un diamètre de particules de 0,2 à 2 mm, de préférence de 0,3 à 1,0 mm, et une surface spécifique d'au moins 900 m2/g (de tels charbons sont décrits par exemple par H. von Kienle, E. Brader, "Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung", Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart (1980)) des polymères poreux carbonisés et activés à base de copolymères styrène/acide acrylique ou styrène/divinylbenzène sulfonés (de tels polymères carbonisés sont décrits par exemple dans les documents US-A-4 040 990, US-A-4 224 415 ou US-A-4 957 897) des échangeurs ioniques carbonisés et activés à base de copolymères styrène/acide acrylique ou de copolymères styrène/divinylbenzène sulfonés (la production de charbon actif à partir de tels échangeurs d'ions est décrite par exemple dans le document DD-B 063 768 ou DE-A-43 04 026) ou des échangeurs anioniques carbonisés et activés à base de résines de polystyrène ou de résines polyacryliques portant des groupes amino tertiaires ou quaternaires, notamment des échangeurs ioniques du type d'un gel (de tels échangeurs ioniques sont décrits par exemple dans le document DE-A-43 28 219) des polymères poreux (non carbonisés) à base d'un copolymère, réticulé au moyen de ponts CH2, de styrène et de divinylbenzène (tel que celui qui est commercialisé par exemple sous le nom de Sorbathenee par la firme Dow Chemicals) des particules façonnées de tamis moléculaires, de préférence de tamis moléculaires hydrophobes ayant un module SiO2/A1203 supérieur à 10 (tels que commercialisés par exemple sous la dénomi nation DAY-ZeolithS par la firme Degussa AG). La matière adsorbante peut être incorporée à la mousse de polyuréthanne par exemple conformément au document DE-A-38 13 563. Dans une forme de réalisation appréciée de l'invention, la couche filtrante-adsorbante contient 50 à 400 g/l, de préférence 150 à 350 g/l, de matière adsorbante. La quantité de matière adhésive utilisée dans la couche filtrante-adsorbante correspond au poids de la matière de support très perméable à l'air, plus ou moins 50 %. On utilise comme matière adhésive des polymères organiques réticulables tels que, par exemple, des dérivés d'acide acrylique, de polyuréthanne, de polystyrène, de polyisocyanate, de polyacétate de vinyle, ou des adhésifs fusibles. Selon une forme de réalisation appréciée de l'invention, on utilise comme matière adhésive un système prépolymère à deux composants contenant peu de solvant, à base de di- et/ou de polyisocyanates masqués, qui sont réticulés avec des diamines et/ou des polyamines. Cette matière adhésive a une bonne adhérence initiale et, pendant la phase de réticulation, sa viscosité présente un minimum prononcé qui conduit à une adhérence optimale.Du fait de ce minimum de viscosité de la matière adhésive, la surface de contact entre la matière de support et la matière adsorbante est réduite à un minimum, ce qui a pour effet que la grande perméabilité à l'air de la matière de support est conservée. En ce qui concerne ces systèmes, il s'agit de préférence de ceux qui sont offerts par la firme BAYER AG sous la dénomination ''IMPRANILS - High-Solid-PUR-Reaktivprodukte". Une autre matière adhésive appréciée est constituée de di- et/ou de polyisocyanates polymériques non masqués, tels que commercialisés sous la dénomination Levacaste Addukt 43131 N par la firme BAYER AG. La réaction de réticulation s'amorce sous l'effet de l'humidité présente dans la matière adsorbante. La couche filtrante utilisée conformément à l'invention peut aussi être constituée de plusieurs couches filtrantes-adsorbantes superposées, qui possèdent les mêmes propriétés ou des propriétés différentes en ce qui concerne l'épaisseur, la matière adsorbante ou la matière adhésive. I1 est en outre possible de réaliser la couche filtrante-adsorbante élastique en lui donnant une légère convexité tournée vers l'amont. En procédant de la sorte, on élève d'une part la capacité de charge mécanique de la couche filtrante adsorbante, et cette couche est pressée d'autre part par le courant d'air contre les côtés intérieurs du canal d'arrivée d'air (ou contre les rails de guidage), ce qui accroît encore plus l'étanchéité. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, un élément de renforcement supplémentaire est disposé entre les couches filtrantes-adsorbantes ou contre le côté de sortie du canal d'amenée d'air. Cet élément de renforcement est également dépourvu de joints d'étanchéité et de cadres. I1 convient d'utiliser à cet effet par exemple une grille, notamment une grille en polyamide. L'utilisation conforme à l'invention de la couche filtrante-adsorbante dans des canaux d'amenée d'air pour éliminer les substances odorantes ou les substances nocives rend inutile l'utilisation de cadres ou de joints d'étanchéité, ce qui abaisse d'une part le coût de fabrication et permet d'autre part une décontamination essentielle sans danger pour l'environnement. Un autre avantage réside dans le fait que, par l'utilisation de cette couche filtranteadsorbante, les milieux filtrants peuvent être très facilement échangés. I1 suffit à cet effet de prévoir à la partie supérieure ou en n'importe quel endroit accessible du canal d'aération un couvercle amovible qui permet d'accéder au milieu filtrant. Le milieu initialement introduit dans le canal d'aération sous une légère compression peut ensuite être, en cas de besoin, retiré et remplacé.Les couches filtrantes-adsorbantes décrites peuvent s'adapter de façon similaire aux ouvertures de sortie d'installations de climatisation dans des immeubles, sans joint marginal d'étanchéité et sans adjonction de cadres. En contraste avec ce qui précède, il n'est pas possible d'introduire sans joint élastique d'étanchéité dans le canal d'aération des plaques filtrantes auto-portantes mais non élastiques. En outre, des essais ont montré que même avec un tel joint, il était très difficile de fixer la plaque filtrante sans l'adjonction de cadres. Les exemples suivants servent à l'explication de l'invention. EXEMPLE 1 Une mousse réticulée de polyuréthanne de 20 mm d'épaisseur présentant 4,7 pores par cm et ayant un poids au litre de 30 g a été traitée avec un mélange de 100 parties de "Impranil HS" 62 et 6,2 parties de "Imprafix HSC" puis essorée. L'effet d'essorage s'élève à 100 %. On a ensuite répandu sur la natte de mousse du charbon actif en particules sphériques à base de poix, l'excès a été enlevé et l'adhésif a été condensé à 160"C (2 minutes). Les particules sphériques de charbon avaient un diamètre de 0,4 à 0,6 mm, la surface spécifique de ce charbon s'élevait à 1100 m2/g et sa quantité était de 195 g/l. A l'endroit où la matière filtrante devait être insérée dans le canal d'aération, celui-ci présentait un couvercle pouvant être dévissé. Les parois latérales, le fond et le couvercle avaient, à distance de 39 mm, des rails de guidage d'environ 3 mm de hauteur constitués d'un profilé en U, qui avaient été engagés et collés dans le canal d'aération à l'aide d'un adhésif du type utilisé dans l'aéronautique (résine époxy). Une plaque mesurant 298 x 398 x 39 mm s'adapterait exactement dans ces rails de guidage. On a ensuite découpé dans la mousse chargée, deux plaques de 306 x 408 x 20,5 mm et on les a engagées sous une légère pression dans les rails de guidage et on a fermé le couvercle. A des fins comparatives, on a formé par ailleurs deux plaques de mousse de 290 x 390 x 20,5 mm par moussage dans un cadre en matière plastique et on a introduit ce cadre dans le canal d'aération. Des mesures comparatives effectuées avec 1000 mg/kg de toluène dans de l'azote à 0,5 m/s ont montré que contre toute attente, le filtre utilisé sans joint d'étanchéité ne présentait aucune viabilité marginale perceptible, du fait que par l'insertion d'une plaque filtrante un peu trop grande et, par conséquent facile à comprimer, dans le canal d'aération, on avait obtenu une étanchéité marginale parfaite. La percée initiale avait une valeur égale ou inférieure à 1 mg/kg. Par la suppression du cadre de filtre classique jointe au moussage en place, on disposait ainsi d'une surface filtrante plus grande d'environ 10 %, ce qui a finalement été avantageux pour la capacité du filtre. Le remplacement de l'élément filtrant a été aussi simple qu'on peut l'imaginer : il suffit d'extraire l'élément après ouverture du couvercle et d'insérer une plaque filtrante neuve. EXEMPLE 2 On a procédé comme indiqué dans l'exemple 1, mais en utilisant à la place des petites particules sphériques de charbon actif, des échangeurs cationiques carbonisés et activés (polymères styrène/divinylbenzène sulfonés). On n'a pas effectué de mesure comparative. EXEMPLE 3 On a procédé comme dans l'exemple 2, mais en utilisant comme adsorbant des polymères poreux (produits "Sorbathene" de la firme Dow Chemical Company). On n'a pu incorporer que 165 g d'absorbant par litre et la percée initiale a été supérieure d'environ 2 mg/kg à celle de l'exemple 2. EXEMPLE 4 Dans ce cas, les nattes filtrantes ont été chargées de corps comprimés mesurant environ 1 mm, obtenus à partir de tamis moléculaires hydrophobes (zéolite "DAY" de la firme Degussa AG). La mousse de support a pu être chargée avec 95 g/l. EXEMPLE 5 Pour être complet, on a remplacé dans ce cas le charbon en particules sphériques de l'exemple 1 par une houille schisteuse de haute qualité (diamètre des particules 0,5 à 0,8 mm, surface spécifique 1650 m2/g). La charge plus faible, 145 g/l contre 185 g/l dans le cas du charbon en particules sphériques, n'a pas été perceptible et, comme on s'y attendait, on n'a pas constaté de viabilité marginale. EXEMPLE 6 On a procédé comme dans l'exemple 5, mais on a inséré entre les deux plaques filtrantes, comme renforcement supplémentaire, une grille grossière (fenêtre de 40 x 40 mm) en fil d'acier de 1 mm d'épaisseur. La pratique a montré qu'un tel renforcement n'est pas nécessaire, toutefois il pourrait être utile notamment dans les pays chauds. Bien entendu, on peut aussi utiliser d'autres matériaux comme renforcements supplémentaires. Le renforcement peut aussi être apposé extérieurement contre le côté sortie. REVENDICATIONS 1. Utilisation d'une couche filtrante-adsorbante auto-portante, élastique et insérée sous légère compression dans des canaux d'amenée d'air, en une matière de support très perméable à l'air avec un adsorbant fixé au moyen d'une matière adhésive, comme filtre à substances odorantes ou à substances nocives ou les deux, ne comportant pas de joint d'étanchéité ni de cadre. 2. Utilisation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est appliquée à des installations de climatisation. 3. Utilisation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est appliquée à des véhicules automobiles ou à des moyens de transport. 4. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matière de support perméable à l'air se compose d'une mousse réticulée de polyuréthanne à pores grossiers. 5. Utilisation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'adsorbant est fixé au squelette de la mousse de polyuréthanne à l'aide de la matière adhésive. 6. Utilisation suivant la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la mousse de polyuréthanne a une porosité d'environ 3 à 12 pores par cm. 7. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le diamètre des particules de l'adsorbant est au moins trois fois plus faible que le diamètre des pores de la mousse de polyuréthanne. 8. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que la compressibilité de la mousse de polyuréthanne chargée s'élève au moins à 2 % sous une pression de 1 à 10 N/cm2. 9. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche filtrante-adsorbante est constituée d'une couche filtrante adsorbante à plusieurs strates. 10. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épais- seur de la couche filtrante-adsorbante se situe entre 5 et 40 mm, notamment entre 10 et 30 mm. 11. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant est du charbon actif. 12. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant est constitué de charbon actif en particules sphériques d'un diamètre de 0,2 à 2 mm, de préférence de 0,3 à 1 mm. 13. Utilisation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que le charbon actif en particules sphériques présente une surface spécifique d'au moins 900 m2/g (Méthode BET). 14. Utilisation suivant la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que le charbon actif en particules sphériques présente une pression d'éclatement d'au moins 10 N, de préférence d'au moins 30 N, mesurée à l'aide d'une bille de 0,5 mm de diamètre. 15. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant est constitué de houille schisteuse ou de charbon en granules ayant un diamètre de 0,2 à 2 mm, de préférence de 0,3 à 1 mm, et une surface spécifique supérieure ou égale à 900 m2/g. 16. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant est constitué d'un polymère poreux carbonisé et activé à base de copolymères styrène/acide acrylique ou de copolymères styrène/ divinylbenzène sulfonés. 17. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant est constitué d'un échangeur cationique carbonisé et activé à base de copolymères styrène/acide acrylique ou de copolymères styrene/divinylbenzène sulfonés. 18. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant est constitué d'un échangeur anionique carbonisé et activé à base de résines de polystyrène ou de résines polyacryliques portant des groupes amino tertiaires ou quaternaires. 19. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant est constitué de polymères poreux à base d'un copolymère, réticulé par des ponts CH2, de styrène et de divinylbenzène. 20. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant est constitué de particules façonnées de tamis moléculaires hydrophobes. 21. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'adsorbant contenu dans la couche filtrante-adsorbante est présent en une quantité de 50 à 400 g/l, de préférence de 150 à 350 g/l. 22. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la charge de matière adhésive correspond au poids de la mousse + 50 t. 23. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matière adhésive contient des polymères organiques réticulables tels que, par exemple, des dérivés d'acide acrylique, de polyuréthanne, de polystyrène, de polyisocyanate, de polyacétate de vinyle ou des adhésifs fusibles. 24. Utilisation suivant la revendication 23, caractérisée en ce que la matière adhésive contient un système prépolymère à deux composants pauvre en solvant, à base de diisocyanates et/ou de polyisocyanates masqués qui sont réticulés avec des diamines et/ou des polyamines. 25. Utilisation suivant la revendication 23 ou 24, caractérisée en ce que la matière adhésive contient des diisocyanates et/ou des polyisocyanates polymériques masqués. 26. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche filtrante- adsorbante présente une courbure à convexité du côté amont. 27. Utilisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un élément de renforcement est disposé en outre entre les couches filtrantes-adsorbantes ou contre le côté de sortie du canal d'amenée d'air.