Brevet FR2746666A1 — publié le 19971003

La présente invention concerne un dispositif de filtration destiné à l'élimination de particules solides en suspension dans l'air. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des installations de nettoyage par aspiration centralisée, généralement utilisées dès qu'une activité génère la production de poussières et autres particules solides de faibles dimensions. On connaît de l'état de la technique des dispositifs destinés à la purification de l'air qui utilisent des moyens de filtration fonctionnant sur le principe du barbotage dans lequel l'élimination des particules dispersées dans l'air est réalisée en utilisant un liquide comme agent de séparation. En pratique, l'air à traiter est amené à traverser un certain volume d'eau censé retenir les poussières qu'il contient. Cependant, il s'est avéré que lors du barbotage, l'air a tendance à remonter à la surface sous forme de grosses bulles. Une grande partie des particules solides, et notamment les plus fines, demeure donc en suspension à l'intérieur de ces volumes élémentaires, sans rentrer en contact directement avec le milieu liquide. Par conséquent, la majorité de ces poussières va simplement transiter à travers le volume d'eau avant d'être libérée une fois les bulles arrivées en surface. Pour remédier à cet inconvénient, il est connu d'humidifier les particules solides dispersées dans l'air préalablement à la réalisation proprement-dite de la filtration. Cette opération, permettant avantageusement d'augmenter la capacité des poussières à former des suspensions solides, est effectuée par aspersion d'eau dans le sens du flux d'air. Bien que présentant des résultats bien supérieurs à ceux obtenus avec les systèmes d'épuration utilisant le simple barbotage d'un air sec, ce type de dispositif ne permet pas toutefois d'éliminer les particules solides dispersées en quantité suffisante. Aussi le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un dispositif de filtration destiné à l'élimination de particules solides en suspension dans l'air, comportant des moyens d'aspiration générant une dépression apte à créer un flux d'air à l'intérieur dudit dispositif, des moyens d'aspersion humidifiant les particules solides dispersées dans ledit flux d'air, ainsi que des moyens de filtration utilisant le principe du barbotage afin de retenir lesdites particules humides, dispositif de filtration qui présenterait une efficacité globale sensiblement améliorée, garantissant ainsi un niveau d'épuration jamais atteint par les systèmes connus de l'art antérieur. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, à accroître la mouillabilité des particules solides en détendant l'air à traiter préalablement à l'aspersion desdites particules solides qu'il contient. Le fait de faire chuter la pression entraîne une diminution de la vitesse des gaz et donc de l'ensemble des particules dispersées dans l'air. Celles-ci vont par conséquent pouvoir être humidifier par les moyens d'aspersion avec une plus grande efficacité grâce à un temps d'imprégnation augmenté. Dans la pratique, cette chute de pression est réalisée en intercalant une chambre dite d'abattage le long de la canalisation conduisant l'air collecté aux moyens de filtration. Afin de jouer son rôle de détendeur, cette chambre présente une section de passage sensiblement plus grande que celles des conduits assurant respectivement l'admission et l'échappement de l'air. Les moyens d'aspersion prenant place à l'intérieur de la chambre d'abattage vont pouvoir ainsi travailler avec un flux d'air ralenti. Les poussières ainsi véhiculées vont par conséquent bénéficier d'un temps de passage suffisamment long, à travers le film d'eau généré par lesdits moyens d'aspersion, pour permettre leur humidification de manière optimale. La forte aspiration nécessaire pour pomper l'air vicié et assurer son déplacement tout au long du dispositif de filtration ne constitue plus un inconvénient susceptible de limiter l'imprégnation des particules solides. Selon une particularité de l'invention, les moyens d'aspersion sont positionnés de telle sorte que la projection de liquide est réalisée à l'encontre du flux d'air, ceci afin d'améliorer encore la mouillabilité des impuretés en suspension. De manière particulièrement avantageuse, cette projection est effectuée par une buse d'injection disposée dans l'axe de l'orifice d'admission de la chambre d'abattage et orientée dans sa direction. Selon une autre particularité de l'invention, la buse d'injection destinée à l'humidification des particules solides est conformée de manière à produire un film d'eau continu se présentant sous la forme d'un cône inversé s'opposant au flux d'air et venant au contact de la chambre d'abattage sensiblement au niveau de son extrémité supérieure. La forme cônique du film d'eau, obtenu lorsque le dispositif de filtration n'est soumis à aucune dépression, se transforme avantageusement en une forme de section parabolique quand les moyens d'aspiration rentrent en fonction. La géométrie précise du film d'eau dépend bien évidemment de l'intensité de l'aspiration mais, en tout état de cause, le contact avec la chambre d'abattage s'effectue à un niveau inférieur à celui atteint en l'absence de dépression. D'autres particularités et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif. Cette description, qui doit être vue en regard des dessins annexés, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 représente un schéma illustrant le principe de fonctionnement du dispositif de filtration objet de l'invention. Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinale d'une chambre d'abattage conforme à l'invention. La figure 4 illustre un organe de vidange selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références. De même, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique Dans le mode de réalisation particulier illustré à la figure 1, les moyens d'aspiration 10 chargés de créer une dépression à l'intérieur du dispositif de filtration 1 sont constitués par un ensemble moteur-turbine 1 1. Le flux d'air ainsi généré pénètre tout d'abord, via un conduit 2, dans une chambre d'abattage 21 à l'intérieur de laquelle est disposée une buse d'injection d'eau 22 jouant le rôle de moyens d'aspersion 20. Après humidification des particules solides en suspension, le mélange air-eaupoussières est dirigé par l'intermédiaire d'un conduit 3 vers des moyens de filtration 30 afin de venir barboter dans un certain volume d'eau 31 et ainsi séparer l'air des deux autres composants dudit mélange. Ces moyens de filtration 30 prennent ici classiquement la forme d'une cuve cylindrique 32 disposée verticalement et dont la base est constituée par un étranglement 33, en forme d'entonnoir, à l'extrémité duquel est ménagé un orifice de vidange 34. Le conduit 3 amenant le mélange à filtrer pénètre perpendiculairement et sensiblement à mi-hauteur dans la cuve 32. Une fois à l'intérieur, il s'oriente suivant l'axe de symétrie de la cuve 32 de manière à ce que sa partie terminale 4 rectiligne débouche à proximité de l'orifice de vidange 34, c'està-dire sensiblement au point le plus bas de ladite cuve 32. L'air chargé en particules humides va donc être contraint de passer dans le liquide occupant toute la partie inférieure 35 de la cuve 32, sous l'effet de la dépression régnant à la partie supérieure 36 de celle-ci. Une fois débarrassé de ses impuretés, l'air épuré s'échappe par un orifice 37 ménagé en partie haute de la cuve 32, puis est canalisé via un conduit 5 vers les moyens d'aspiration 10 afin d'être libéré dans l'atmosphère ou directement réutilisé. L'orifice de vidange 34 est obturé par une valve 40 qui, une fois ouverte, permet l'écoulement du contenu de la cuve 32 dans des moyens d'évacuation 50 pouvant canaliser les eaux usées vers des dispositifs de traitement spécifiques ou directement à l'égout. La cuve 32 présente par ailleurs un niveau maximum 38 de remplissage à partir duquel sa vidange est automatiquement déclenchée. Cependant aucun niveau d'eau minimum n'est requis pour le fonctionnement du dispositif de filtration 1 en raison de la proximité entre l'extrémité 6 du conduit 4 et l'orifice de vidange 34. Cette disposition particulière implique en effet qu'un très faible volume d'eau est nécessaire pour remplir la partie inférieure 35 de la cuve 32 jusqu'à atteindre cette extrémité 6. Dès la mise en marche du dispositif 1, l'eau pulvérisée à l'encontre du flux d'air vicié va tout de suite s'écouler le long des parois de la chambre d'abattage 21 puis des conduits 3 et 4. Elle va alors rapidement s'accumuler en partie basse de la cuve 32 de manière à permettre quasi instantanément le barbotage. Le niveau du liquide 31 va ensuite augmenter progressivement jusqu'à atteindre la limite 38 et ainsi provoquer simultanément l'arrêt de l'aspiration et la purge de la cuve 32. Une fois cette dernière opération terminée, le dispositif de filtration 1 peut repartir pour un nouveau cycle après obturation de l'orifice de vidange 34 et remise en route de l'aspiration. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2, la chambre d'abattage 21 se compose d'une enceinte cylindrique 23 disposée verticalement et pourvue d'un orifice d'admission 24 à son extrémité supérieure 26, ainsi que d'un orifice d'échappement 25 à son extrémité inférieure 27. La buse d'injection 22, comme d'ailleurs les deux orifices 24, 25, est disposée suivant l'axe de symétrie de l'enceinte cylindrique 23. Orientée en direction de l'orifice d'admission 24, cette buse d'injection 22 génère en l'absence de dépression un film d'eau en forme de cône inversé qui vient au contact de la chambre d'abattage 21 sensiblement au niveau de la zone où joignent la paroi latérale 28 et l'extrémité supérieure 26. Conformément à la figure 3, lorsque le dispositif de filtration 1 est soumis à une aspiration, le film d'eau 29 continu voit sa forme générale évoluer et sa section devenir parabolique sous l'effet de la dépression se produisant en aval, entraînant ainsi une augmentation non négligeable de sa surface. Dans ce cas là, le zone de contact entre cet écran liquide et la chambre d'abattage 21 se situe plus bas le long de la paroi 28. Le film d'eau 29 s'oppose au flux d'air vicié qui est considérablement ralenti en entrant dans l'enceinte 23 du fait de l'augmentation brutale de la section de passage. Les différentes particules en suspension dans l'air vont par conséquent voir leur temps de passage, à travers cet écran liquide, s'accroître dans des proportions importantes. La combinaison de cette augmentation avec celle de la surface de mouillage permet d'obtenir avantageusement un taux d'imprégnation élevé pour les poussières. Après une telle préparation, les particules humides présentent lors du barbotage une tension superficielle basse susceptible d'accroître sensiblement leur capacité à constituer une suspension solide dans l'agent de séparation liquide 31. Ce volume d'eau 31 à travers lequel vient barboter le mélange air-eau-poussières peut donc jouer efficacement son rôle de filtre et séparer l'air des deux autres composants dudit mélange, les particules solides ainsi capturées restant en suspension dans le liquide 31. L'évacuation du liquide 31 hors de la cuve 32 est contrôlée par une valve 40 positionnée au niveau de l'orifice de vidange 34. Comme le montre la figure 4, cet organe est composé de deux membranes en caoutchouc 42a, 42b formant parois, positionnées l'une contre l'autre et cousues entre elles au niveau de deux de leurs bords 43a, 44a, 43b, 44b opposés respectifs de manière à former une sorte de manchon qui, considéré individuellement, présenterait une forme plate. Ainsi réalisée, la valve 40 offre une souplesse générale suffisante pour permettre à l'une de ses extrémités de s'adapter parfaitement à la forme du conduit 39 délimitant l'orifice de vidange 34, tout en garantissant à son autre extrémité la possibilité de s'ouvrir ou de se fermer suivant que l'on désire vidanger ou pas la cuve 32. I1 est bien entendu que les membranes souples 42a, 42b, avantageusement réalisées à base d'élastomères ou de caoutchouc naturel, peuvent être solidarisées au moyen d'autres techniques telles que, par exemple, le collage ou le soudage. L'ouverture et la fermeture de la valve 40, correspondant à l'écartement ou au plaquage de ses deux parois 42a, 42b, est commandée indirectement et de manière particulièrement avantageuse par les moyens d'aspiration 10. Dès leur mise en action, la dépression créée à l'intérieur du dispositif de filtration, et plus particulièrement au sein de la cuve 32, va en effet provoquer le rapprochement des membranes souples 42a, 42b puis leur maintien de manière intime. Le plaquage ainsi réalisé est suffisamment fort pour garantir une étanchéité parfaite à la valve 40. Au contraire, dès la suppression de l'aspiration, le contact entre les parois 42a, 42b ne peut plus être assuré, et ceci d'autant plus que l'eau qui s'est accumulée à la partie basse 35 de la cuve 32 lors du fonctionnement du dispositif de filtration 1 va avoir tendance, sous l'effet de sa propre gravité, à s'écouler en écartant lesdites parois 42a, 42b jusqu'à la vidange complète de ladite cuve 32. Dans ce mode de réalisation préféré, la valve 40 présente une forme de trapèze dans laquelle la partie 48, correspondant à la petite base, constitue l'orifice d'évacuation de ladite valve 40. La partie 49, correspondant quant à elle à la grande base du trapèze, est solidarisée par l'intermédiaire d'un rebord 45 au conduit 39 délimitant l'orifice de vidange 34. La présence de ce rebord 45 est dictée par la nécessité pour la valve 40 de présenter une portion s'adaptant au mieux à la forme cylindrique dudit conduit 39, c'est-àdire présentant un volume interne cylindrique et non cônique. La forme trapézoïdale de la valve 40 présente plusieurs avantages outre l'évacuation dirigée du liquide 31. Elle permet notamment une rigidité accrue, susceptible de limiter le phénomène de vrillage du manchon 40 qui apparaît lorsqu'une dépression régne à l'intérieur du dispositif de filtration 1. Afin d'accroître sa rigidité longitudinale, et ainsi empêcher tout risque de retournement à l'intérieur du conduit 39 lors de l'aspiration, la valve 40 est pourvue de deux tiges de renfort 46, 47 venant s'insérer entre les deux membranes souples 42a, 42b, sensiblement au niveau de leurs zones de jonction. Dans le cas présent, chaque tige 46, 47 prend place entre les deux coutures 48 réunissant le même côté de chaque paroi 42a, 42b. De manière particulièrement avantageuse, le dispositif de filtration 1 objet de l'invention peut être intégré à une installation de nettoyage par aspiration centralisée. Dans cette configuration, un collecteur relié à plusieurs embouts d'aspiration est monté en amont de la chambre d'abattage 21, de manière à collecter l'air vicié depuis plusieurs endroits différents. Ces embouts d'aspiration sont occultables afin de pouvoir mettre hors fonction les postes de travail auxquels ils sont raccordés. Les moyens d'aspirations utilisés sont alors avantageusement constitués par plusieurs turbines débrayables individuellement de manière à moduler l'intensité de l'aspiration en fonction du nombre d'embouts d'aspiration opérationnels. REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtration (1) destiné à l'élimination de particules solides en suspension dans l'air, comportant des moyens d'aspiration (10) générant une dépression apte à créer un flux d'air à l'intérieur dudit dispositif (1), des moyens d'aspersion (20) humidifiant les particules solides dispersées dans ledit flux d'air, ainsi que des moyens de filtration (30) utilisant le principe du barbotage afin de retenir lesdites particules humides, caractérisé en ce que l'air à traiter est détendu préalablement à l'aspersion des particules solides qu'il contient. 2. Dispositif de filtration (1) selon la revendication I, caractérisé en ce que les moyens d'aspersion (20) sont disposés à l'intérieur d'une chambre (21), dite chambre d'abattage, présentant une section de passage supérieure à celles des canalisations (2, 3) assurant respectivement l'admission de l'air à l'intérieur de ladite chambre (21) puis son échappement. 3. Dispositif de filtration (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre d'abattage (21) est constituée par une enceinte cylindrique (23) disposée verticalement de telle sorte que ses orifices d'admission (24) et d'échappement (25), ménagés à ses deux extrémités (26, 27), soient positionnés respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure de ladite enceinte (23). 4. Dispositif de filtration (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aspersion des particules solides en suspension est réalisée dans le sens contraire au flux d'air. 5. Dispositif de filtration (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'aspersion (20) sont constitués par une buse d'injection (22) centrée en direction de l'orifice d'admission (24) de la chambre d'abattage (21). 6. Dispositif de filtration (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la buse d'injection (22) génère un film d'eau (23) continu en forme de cône inversé venant au contact de la chambre d'abattage (21) sensiblement au niveau de son extrémité supérieure (26), lorsque ledit dispositif de filtration (1) n'est soumis à aucune aspiration. 7. Dispositif de filtration (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de filtration (30) comportent une valve (40) d'évacuation du liquide (31) utilisé comme agent de séparation, ladite valve (40) étant constituée par deux membranes souples (42a, 42b) formant parois, solidarisées entre elles au niveau de deux de leurs bords (43a, 44a, 43b, 44b) opposés respectifs de manière à former un manchon. 8. Dispositif de filtration (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valve (40) présente une forme trapézoïdale dont la partie (49) correspondant à la grande base est solidarisée à un conduit (39) délimitant l'orifice de vidange (34) ménagé en partie basse des moyens de filtration (30), alors que la partie (48) correspondant à la petite base constitue l'orifice d'évacuation de ladite valve (40). 9. Dispositif de filtration (1) selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la valve (40) comporte au moins un organe de renfort (46, 47) disposé le long d'un de ses bords latéraux. 10. Dispositif de filtration (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est intégré à une installation de nettoyage par aspiration centralisée comportant notamment un collecteur, monté en amont dudit dispositif de filtration (1) et relié à plusieurs embouts d'aspiration occultables disposés dans différentes zones à traiter, et en ce que les moyens d'aspiration sont constitués par plusieurs turbines débrayables individuellement de manière à moduler l'intensité de l'aspiration en fonction du nombre d'embouts d'aspiration opérationnels.