Brevet FR2774914A1 — publié le 19990820

PURIFICATEUR D'AIR La présente demande se rapporte au domaine des appareils de traitement de l'air et plus particulièrement des appareils de purification d'air par procédé catalytiq ue. On connaît déjà, par le document EP 325 133, de tels appareils comportant un monolithe recouvert d'un matériau photocatalytique irradié par une lampe U.V. exteme, I'ensemble du dispositif étant placé sur le trajet de l'air, circulant sous l'effet d'un ventilateur entraîné par un moteur. Ce dispositif présente l'avantage d'une maintenance aisée mais l'irradiation U.V. sur le matériau photocatalytique est faible. Un autre document, US 4 892 712, décrit un appareil dont le procédé de photocatalyse consiste à mettre la lampe U.V. au coeur d'un média fibreux recouvert de matériau photocatalytique. Ce système offre un bon compromis d'irradiation et de compacité mais le remplacement de la lampe ou du matériau photocatalytique, dans ce cas de figure, est délicat. L'utilisation d'un procédé catalytique performant pour le traitement de l'air se heurte principalement à l'encombrement important du catalyseur, nécessaire afin de traiter des quantités importantes de molécules mais aussi pour que celles-ci restent au contact du catalyseur pendant un temps permettant leur transformation par photocatalyse. Ceci entraîne de fortes pertes de charge, d'où un système de ventilation puissant donc encombrant et bruyant. Un des objets de la présente invention est de présenter, pour un appareil de purification d'air, un dispositif de photocatalyse possédant une bonne qualité d'irradiation, un faible encombrement ainsi qu'une maintenance aisée. La présente invention est atteinte à l'aide d'un appareil de traitement de l'air à photocatalyse comportant notamment une enceinte pourvue d'orifices pour le passage de l'air, un moyen susceptible d'établir une circulation d'air, au moins un filtre à particules, un matériau photocatalytique maintenu par un support, au moins un moyen d'excitation du matériau photocatalytique, caractérisé en ce que le matériau photocatalytique, le ou les moyen(s) d'excitation et ses connexions sont contenus dans une cassette amovible dudit appareil de traitement de l'air. Selon une variante de réalisation du procédé photocatalytique, le support du matériau photocatalytique est un média fibreux, transparent au rayonnement utilisé. Selon une variante de réalisation de l'invention, le support est disposé sur deux plans parallèles et situés de part et d'autre du moyen d'excitation du matériau photocatalytique. Selon un mode particulier de l'invention, la cassette de cet appareil de traitement de l'air comporte une enveloppe perméable à l'air. Avantageusement, le matériau photocatalytique est activé par une source dont la longueur d'onde est centrée sur 360 nm. Selon un mode particulier de l'invention, le matériau photocatalytique est de l'oxyde de titane sous forme anatase. Avantageusement, L'appareil de traitement de l'air comporte un filtre à haute performance de type HEPA (High Efficiency Particulate Airborne Filter) en amont du procédé de photocatalyse. La présente invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective présentant les différentes parties constitutives du purificateur, - la figure 2 montre les éléments constitutifs essentiels du purificateur dans une vue en coupe, - la figure 3 montre schématiquement la constitution de la cassette dans une vue partiellement éclatée, - la figure 4 montre une vue en coupe longitudinale de la cassette. La figure 1 montre l'agencement des différentes parties constitutives du purificateur (1). Celui-ci comporte une enceinte (2) sensiblement parallélipipèdique formant un châssis. La particularité de ce purificateur (1) est de comporter une cassette (4) extractible comportant certains des éléments à remplacer au cours de l'utilisation de l'appareil, notamment le dispositif de photocatalyse. Le purificateur est alors d'une utilisation simplifiée puisqu'il suffit de déverrouiller la cassette (4) de l'enceinte (2) du purificateur (1) pour l'extraire et disposer une nouvelle cassette à sa place. Cette particularité est rendue possible par le fait qu'un dysfonctionnement du dispositif de photocatalyse etlou une baisse des performances, dus à l'un de ses constituants, reflète cependant un vieillissement général du dispositif. II convient alors de changer totalement le dispositif afin d'assurer un fonctionnement optimal de l'ensemble. Cette cassette (4) est reliée électriquement au secteur arrivant dans l'enceinte (2) par un connecteur (42). Le purificateur (1) comporte en outre une grille d'entrée (6) et au moins un élément de filtration (10) situés en amont de la cassette (4) en regard de la circulation de l'air dans l'appareil en cours d'utilisation. La figure 2 détaille le purificateur (1) dans une vue en coupe transversale, permettant d'identifier ses éléments constitutifs. Sur la partie frontale du purificateur (1), est donc fixée une grille d'entrée (6) rigide présentant un maillage large. Le rôle de cette grille est avant tout de protéger et de maintenir les différents filtres situés en aval. En effet, un pré-filtre en mousse (8) ainsi qu'un filtre (10) sont en appui sur un support (5) lié à l'enceinte (2). Le filtre mousse (8) présente une épaisseur telle que la grille d'entrée (6) par son positionnement sur l'enceinte (2), exerce une pression sur les filtres (8, 10) en comprimant le filtre mousse (8). Cette grille (6) peut etre maintenue sur l'enceinte (2) par tout moyen mécanique connu. Le rôle des filtres (8, 10) est d'arrêter le maximum de particules afin que l'air filtré ne contienne que les substances organiques gazeuses à traiter par catalyse. Ainsi, avantageusement, le filtre (10) peut être un filtre à haute efficacité, souvent appelé filtre absolu ou HEPA (High Efficiency Particulate Airborne Filter) et destiné, par la circulation de l'air au travers de ce filtre, à diminuer au maximum le nombre de particules contenues dans le local à traiter. Le dimensionnement d'un tel filtre doit permettre un débit d'air suffisant, compte tenu du système de ventilation utilisé, sans induire un niveau de bruit excessif Ce filtre étant fragile, il est nécessaire de le protéger et d'assurer une bonne étanchéité, afin de ne pas faire chuter son efficacité. Celle-ci est accrue par un pliage de type accordéon du filtre (10), comme il est montré figure 2. La cassette de photocatalyse (4) comporte au moins un dispositif d'émission photonique (22). Elle est située en aval des filtres précédents, maintenue hermétiquement sur le support (5) lié à l'enceinte (2). Cette cassette sera détaillée dans la suite de cette description. Le flux d'air à l'intérieur du purificateur est assuré par un moteur turbine (16) maintenu sur l'enceinte (2), à l'arrière du purificateur (1), par plusieurs vis (18). Un conduit en forme de volute (14) permet d'orienter le flux d'air vers la grille de sortie (12). A l'arrière du purificateur (1), à l'extérieur de l'appareil, un capot enrouleur (20) permet de cacher la fixation du moteur turbine (16) tout en permettant à l'utilisateur d'enrouler le cordon d'alimentation lorsque l'appareil n'est pas utilisé. Par ailleurs, le purificateur (1) dispose d'un tableau de commande (3), comportant notamment un bouton marche/arrêt, un voyant de fonctionnement général, un témoin de fonctionnement du dispositif d'émission photonique (22), ainsi qu'un indicateur de niveau de pollution permettant une mise en route automatique. La figure 3 présente une vue en perspective de la cassette extractible (4), partiellement éclatée en différents endroits par souci de clarté. La figure 4 présente une vue en coupe longitudinale de la cassette photocatalytique (4) au niveau d'un dispositif d'émission photonique (22), selon une coupe identique à la figure 2, permettant de mieux distinguer cette structure sandwich . Cette cassette (4) est composée de deux demi-boîtiers (23a, 23b) s'emboîtant l'un dans l'autre, et, par un dispositif à clips (21a, 21b), venant former un boîtier étanche par engagement des clips (21a, 21b) dans des ouvertures ménagées respectivement dans les deux demi-boîtiers (23b, 23a). Les faces situées en regard du flux d'air F sur chacun des demi-boitiers (23a, 23b) sont alvéolées de manière à laisser passer le flux d'air F. L'excitation photonique est assurée par au moins un tube à décharge (22) dont les parois internes sont couvertes d'un matériau luminescent selon un spectre d'émission adapté au matériau photocatalytique utilisé. En particulier, lorsque celui-ci est constitué d'un matériau semi-conducteur, I'énergie représentée par l'émission photonique doit être, selon un schéma simplifié du semi-conducteur, supérieure à la bande interdite de ce semi-conducteur afin de permettre la génération de paires électrons/trous. Le procédé de photocatalyse présenté posséde un rendement élevé, par l'utilisation d'un support du matériau photocatalytique qui dans l'exemple proposé est un filtre, suffisamment transparent aux U.V. pour activer, dans son épaisseur, le matériau photocatalytique. Cet agencement peut être réalisé par un dépôt par voie sol-gel d'une mince couche d'un matériau photocatalytique qui peut être un semi-conducteur à base d'oxyde (TiO2, ZnO, SnO2, WO3, ...) ou CdS, GaAs... sur un support qui peut être une fibre ou un monolithe, minéral ou métallique. D'autres procédés de mise en oeuvre, par l'intermédiaire d'un liant de type colle ou vernis, la poudre de TiO2 étant mise en suspension dans le liant, comme une peinture chargée, par un dépôt par pyrolyse d'un aérosol précurseur, ou tout simplement par le procédé dit de "washcoat", peuvent être utilisés. Le garnissage photocatalytique peut donc se présenter sous différentes formes petits objets photocatalytiques solides, filaments, bandelettes,... disposés aléatoirement autour des tubes (22), ou bien sous la forme de feuilles, lamelles, ailettes ou objets solides... disposés de manière ordonnée pour présenter un ratio efficacité/perte de charge favorable. Pour exciter correctement le matériau TiO2 utilisé, le spectre d'émission des tubes (22) est centré sur 360 nm. L'encombrement du module photocatalytique peut être réduit par pliage du support, par exemple en accordéon, de manière à obtenir une surface frontale faible, tout en présentant une surface d'échange importante. D'autres pliages peuvent être réalisés sans sortir du cadre de la présente invention. La cassette dispose ainsi de deux tels filtres-supports (32a, 32b) situés de part et d'autre des tubes afin d'activer au maximum le matériau photocatalytique contenu dans ou sur les filtres-supports (32a, 32b), tout en présentant une surface d'échange importante avec le flux d'air F. En appui sur la face intérieure des demi-boîtiers (23a, 23b) sont placés des support des filtressupports (32a, 32b). Un tel support (38a) est montré figure 3. Deux grilles de protection (34a, 34b) protègent les filtres et les tubes, tout en assurant le passage de l'air par leurs ouvertures (36). Chaque tube (22) est connecté, à chacune de ses extrémités, à une douille étanche (24). Un starter (30) est associé aux tubes (22). Des fils de connexion électrique (26) dans une gaine (28) relient les tubes (22) et starter (30) entre eux. La douille (24) est maintenue mécaniquement sur deux parois internes (25a, 25b) des demi-boîtiers (23a, 23b). La connexion électrique de la cassette lors de sa mise en place à l'intérieur de l'enceinte peut être réalisée par tout moyen connu, comme un enfichage de fiches métalliques (40) de type femelle dans des fiches mâles (42) correspondantes, ou vice versa, systèmes que l'on rencontre fréquemment dans des appareils comme les autoradios, bouilloires... De tels dispositifs sont connus de l'homme du métier et ne seront pas développés dans la présente demande. Avantageusement, ils peuvent être associés à des contacteurs (44, 46) commandés par la cassette (4) et la grille (6), permettant une coupure automatique de l'alimentation électrique de l'appareil lors de l'extraction de la cassette (4) et de la grille (6), ce qui prévient tout accès à des parties dangereuses de l'appareil : connecteur (42), hélice..., ainsi que toute remise en marche du purificateur en l'absence de la cassette (4) et de la grille (6). La cassette (4) présente ainsi un doigt (47) permettant, lors de son positionnement dans l'enceinte (2), d'actionner le contacteur (46). La grille (6), par une extension (45), permet d'actionner le contacteur (44) lors de sa mise en place sur l'enceinte (2), assurant ainsi la continuité électrique de l'alimentation des tubes (22). Le principe de fonctionnement d'un tel appareil est le suivant. Lorsque les lampes U.V. sont activées, la quasi-totalité de leur rayonnement est utilisable par le photocatalyseur. L'air, mis en mouvement par le ventilateur, traverse le filtre support , les particules organiques étant alors adsorbées sur le matériau photocatalytique, puis oxydées par photocatalyse. La durée de vie d'un tel filtre est liée au colmatage et à l'empoisonnement par des particules qui résultent de l'oxydation photocatalytique de certaines molécules. Cette baisse en performance de l'épuration gazeuse nécessite le changement du filtre. On observe que la durée de vie d'un tel filtre est voisine de celle des lampes U.V. Ainsi, lorsque ces deux éléments sont disposés dans une cassette amovible, le changement de cassette permet de changer à la fois les lampes U.V. ainsi que le filtre de captage. Ceci permet un fonctionnement optimal du purificateur, les deux éléments fondamentaux du procédé de photocatalyse étant changés en même temps. Ainsi, lorsqu'il s'aperçoit que le dispositif de photocatalyse perd de son efficacité, après avoir éteint le purificateur, I'utilisateur extrait la cassette en déverrouillant celle-ci et replace une cassette neuve à la place, assurant ainsi de bonnes conditions de fonctionnement de son appareil. L'indication de la nécessité du changement de la cassette peut être fournie par un témoin lumineux prenant en compte, par exemple, le temps de fonctionnement des tubes. REVENDICATIONS 1. Appareil de traitement de l'air à photocatalyse comportant notamment une enceinte pourvue d'orifices pour le passage de l'air, un moyen susceptible d'établir une circulation d'air, au moins un filtre à particules, un matériau photocatalytique maintenu par un support, au moins un moyen d'excitation du matériau photocatalytique, caractérisé en ce que le matériau photocatalytique, le ou les moyen(s) d'excitation et ses connexions sont contenus dans une cassette amovible dudit appareil de traitement de l'air. 2. Appareil de traitement de l'air selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support du matériau photocatalytique est un média fibreux, transparent au rayonnement utilisé. 3. Appareil de traitement de l'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support du matériau photocatalytique est disposé selon deux plans parallèles et situés de part et d'autre du moyen d'excitation du matériau photocatalytique. 4. Appareil de traitement de l'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cassette comporte une enveloppe perméable à l'air. 5. Appareil de traitement de l'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau photocatalytique est activé par une source dont la longueur d'onde est centrée sur 360 nm. 6. Appareil de traitement de l'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau photocatalytique est de l'oxyde de titane sous forme anatase. 7. Appareil de traitement de l'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre à haute performance de type HEPA (High Efficiency Particulate Airborne Filter) en amont du procédé de photocatalyse.