Brevet FR2835517A1 — publié le 20030808

La présente invention concerne le domaine technique de la production d'ozone. Plus précisément, l'objet de l'invention vise un nouveau dispositif générateur d'ozone, ainsi que son utilisation dans différents secteurs et en particulier, pour la purification de l'air ou de l'eau. L'ozone est présent à l'état naturel dans l'atmosphère avec un taux au niveau du sol variant de 0,005 à 0,05 ppm. L'ozone est utilisé à des taux plus importants dans différents secteurs industriels et en particulier, pour la désinfection des eaux d'égout et de piscine, le traitement des eaux résiduaires industrielles, la désodorisation de certains locaux industriels, la stérilisation en milieu médical ou chirurgical, la conservation des denrées alimentaires, par exemple dans des chambres frigorifiques ou lors de leur transport en camions frigorifiques, le vieillissement du vin dans des caves viticoles, le blanchiment des fibres textiles et de la pâte à papier. L'ozone est généralement produit à l'endroit où il doit être utilisé. La production d'ozone est habituellement effectuée à l'aide de générateurs transformant l'oxygène de l'air, soit par irradiation ultraviolette (UV) soit par décharge électrique haute tension. Néanmoins, les rendements de production obtenus avec de tels dispositifs restent faibles. De plus, l'ozone présente un fort pouvoir oxydant et il est difficile de trouver des générateurs d'ozone présentant une longue durée de vie. Il existe donc un besoin pour de nouveaux dispositifs générateurs d'ozone pouvant être mis en oeuvre dans les différentes applications ci-dessus mentionnées. Dans ce contexte, un des objectifs de la présente invention est justement de fournir un nouveau dispositif qui soit à la fois apte à produire de l'ozone avec un bon rendement, facile à mettre en ceuvre et peu sensible, voire insensible au pouvoir oxydant de l'ozone. L'objet de l'invention vise un dispositif générateur d'ozone comprenant un caisson de forme tubulaire à l'intérieur duquel un tube UV générateur d'ozone est monté, et qui est muni de moyens de raccordement à des moyens assurant la circulation d'un gaz dans la chambre délimitée par le caisson autour dudit tube UV, entre une entrée pour le gaz chargé en oxygène, située vers l'une des extrémités du tube UV, et une sortie pour ce même gaz alors chargé en ozone, située vers l'autre extrémité du tube UV. Les parois internes du caisson du nouveau dispositif selon l'invention, sont réfléchissantes et constituées d'un matériau inerte vis à vis de l'ozone. La présente invention a également pour objet un appareil pour le traitement de l'air comprenant une enceinte munie d'au moins une entrée pour l'air à traiter, d'au moins une sortie pour l'air traité, de moyens assurant la circulation de l'air au sein de l'enceinte entre l'entrée et la sortie de l'enceinte, comportant au moins un dispositif générateur d'ozone selon l'invention, monté à l'intérieur de l'enceinte, de sorte que l'entrée du dispositif soit connectée à l'entrée de l'enceinte et que la sortie du dispositif soit connectée à la sortie de l'enceinte, et des moyens électroniques de régulation du taux d'ozone. Un autre objet de l'invention vise un appareil pour le traitement de l'eau, comportant : - un dispositif générateur d'ozone selon l'invention, muni en entrée de moyens de régulation du débit du gaz chargé en oxygène, - des moyens pour mélanger l'eau à traiter avec le gaz chargé en ozone débouchant en sortie du dispositif générateur d'ozone. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui illustrent l'invention et montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique d'un appareil pour le traitement de l'air incluant un nouveau dispositif conforme à l'invention. La fig. 2 représente l'évolution en fonction du temps, du taux d'ozone produit montrant l'influence du polissage et de la nature du matériau utilisé pour les parois internes du caisson. La fig. 3 est une vue schématique d'un appareil pour le traitement de l'air incluant trois dispositifs conformes à l'invention montés en parallèle. La fig. 4 est une vue schématique d'une installation pour le traitement de l'eau mettant en oeuvre une autre variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. Comme présenté à la fig. 1, le dispositif général d'ozone selon l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 1 comprend en tant qu'éléments principaux, un caisson 1 de forme tubulaire dans lequel un tube UV 2, générateur d'ozone est monté par tout moyen approprié. Selon l'exemple représenté, le tube UV 2 est positionné au centre du caisson 1 tubulaire. Le caisson 1 est équipé de moyens de raccordement destinés à être raccordés à des moyens 7 assurant la circulation d'un gaz 3 dans la chambre de circulation délimitée par le caisson 1 tubulaire autour du tube UV 2. Pour constituer une source d'ozone sous action du rayonnement UV, dont la longueur d'onde est proche ou égale à 185 nm, le gaz 3 doit contenir de l'oxygène. Le gaz 3, chargé en oxygène pénètre dans le caisson 1 par une entrée 4 proche d'une des extrémités du tube UV 2, circule le long du tube UV 2 pour ressortir chargé en ozone sur une sortie 5 située vers l'autre extrémité du tube UV 2. Il peut être prévu que, comme représentées à la fig. 1, l'entrée 4 et la sortie 5 soient situées sur les parties latérales du caisson. Dans ce cas, le caisson 1 tubulaire présentera à chacune de ses extrémités des moyens 6 assurant l'étanchéité du tube tels que des bouchons étanches qui peuvent également assurer le maintien du tube UV 2 à l'intérieur du caisson 1. Les moyens de maintien du tube UV 2 présentent, de préférence, une fonction supplémentaire d'anti-vibration pour éviter que le tube UV 2 ne se casse lorsque le dispositif 1 est transporté. Le caisson 1 présente un diamètre qui est généralement dans un rapport de 2 à 4 par rapport au diamètre du tube UV 2, ce qui permet de concentrer la circulation du gaz 3 autour du tube UV 2 et de ce fait d'améliorer le rendement en ozone. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comporte des moyens de refroidissement du tube UV 2. Il a été constaté que la température du dispositif et, en particulier, celle du tube UV 2 et de la chambre de circulation qui l'entoure ont une influence sur le rendement en ozone. En fonctionnement, le dispositif selon l'invention est relié à des moyens 7 assurant la circulation du gaz à l'intérieur du caisson 1, de type turbine, situés en entrée et/ou en sortie du dispositif I. Lorsque ces moyens 7 assurent un flux de gaz suffisant, par exemple compris entre 0,5 et 4,5 m3/h, le flux de gaz joue le rôle de moyens de refroidissement. Lorsque le flux de gaz est trop faible pour permettre le refroidissement, des moyens externes de refroidissement peuvent être prévus. Le caisson 1 et en particulier ses parois internes sont constitués en un matériau inerte vis à vis de l'ozone, c'est-à-dire peu sensible au pouvoir oxydant de l'ozone. Des aciers inoxydables peuvent, par exemple, être mis en oeuvre. En ce qui concerne les aciers inoxydables pouvant être utilisés, on pourra se référer, par exemple, à la norme européenne de spécification EN 10088. Sont considérés comme aciers inoxydables, les aciers contenant au minimum 10,5 % de chrome et au maximum 1,2 % de carbone. Les aciers austénitiques conviennent tout particulièrement pour l'invention, ils contiennent une teneur en chrome minimale de l'ordre de 17 %, du nickel avec une teneur généralement supérieure ou égale à 7 % et des additions éventuelles de molybdène, titane ou niobium. Leur tenue à la corrosion augmente avec les teneurs en chrome et en molybdène et leur résistance à la corrosion avec la teneur en chrome. L'introduction d'éléments stabilisants tels que le titane ou le nobium ou bien le choix d'un taux de carbone inférieur à 0,03% permet d'éviter la corrosion intergranulaire. On préférera d'ailleurs pour la présente invention, les aciers inoxydables austénitiques qui sont insensibles à la corrosion intergranulaire. Les aciers inoxydables suivants : X2CrNiMo 17-12-2, X2CrNiMo 18-14-3 et X6CrNiMoTi 17-12-2 définis selon la norme européenne EN 10027, sont particulièrement appropriés pour la réalisation de la présente invention. Par ailleurs, selon la présente invention, il a été démontré, de manière surprenante, que lorsque les parois internes du caisson sont réfléchissantes, le rendement en ozone se trouve grandement amélioré. En pratique, l'obtention de surfaces réfléchissantes de type"miroir"peut être réalisée par polissage des parois internes du caisson 1 à l'aide d'un feutre chargé de pâte à polir ou d'un papier abrasif, ou bien d'un traitement électrolytique. Le degré de polissage ou encore grain de polissage d'une surface peut être défini par la granulométrie des abrasifs utilisés dans l'opération de polissage de la surface par abrasion. La taille des particules d'abrasif peut varier et on se réfère généralement pour les grains de polissage à un code normalisé par exemple grain 80 ou grain 600. La taille des grains d'abrasif est d'autant plus faible que le code est élevé. En particulier les polis de type miroirs selon l'invention peuvent être obtenus avec des abrasifs de grains 200 à 1200, de préférence de 800 à 1200 et préférentiellement de 1000 à 1200. Le polissage par abrasif ou par traitement électrolytique a pour but de diminuer la rugosité des matériaux utilisés. Selon l'invention, on utilisera des aciers inoxydables présentant de préférence, une rugosité caractérisée par un écart moyen arithmétique Ra compris entre 0,05 et 0,5 um. L'examen de l'état de surface pourra être effectué par tout moyen approprié tel qu'un rugosimètre. Le polissage électrolytique est le plus souvent utilisé en finition après un polissage par abrasif et permet d'améliorer la tenue à l'oxydation de l'acier. On pourra également se référer à la norme ISO 15730. L'influence du degré de polissage a été mise en évidence en comparant les rendements en ozone obtenus avec des caissons en matériaux différents et/ou polis avec différents grains de polissage. L'expérience consiste à ozoner une pièce de 27 m3 dont l'air ambiant est à une température de 20 C et présente une hygrométrie de 63 %. On utilise un générateur d'ozone comportant un caisson tubulaire d'un diamètre interne de 36 mm dans lequel un tube UV de 15 mm de diamètre est monté grâce à deux embouts en téflon situés aux extrémités du caisson. L'étanchéité est assurée au niveau de chaque embout par deux joints toriques. Le caisson comporte une entrée pour l'air à ozoner reliée à une turbine propulsant l'air avec un débit de 4,7 m3/h et une sortie pour l'air chargé en ozone. La fig. 2 montre le taux d'ozone (03 en ppb) produit en fonction du temps t (en heures) avec : - un caisson en polychlorure de vinyle (PVC) : courbe a - un caisson en acier inoxydable X2CrNiMo 17-12-2 non poli : courbe b - et avec 3 caissons 1 conformes à l'invention : . l'un en acier inoxydable X2CrNiMo 17-12-2 poli à sec, avec un papier de grain 240 : courbe c . l'un en acier inoxydable X2CrNiMo 17-12-2 poli dans l'eau, avec un papier de grain 800 : courbe d . l'un en acier inoxydable X2CrNiMo 17-12-2 avec une pâte de grain 1000- 1200 : courbe e Le taux d'ozone est mesuré avec un appareil commercialisé par la Société OZONE TECHNOLOGY sous la référence OS 0300 relié à un enregistreur analogique papier. Ces résultats montrent clairement qu'un dispositif générateur d'ozone dont les parois internes du caisson 1 sont polies permet d'obtenir un meilleur rendement en ozone et que ce rendement augmente avec le degré de polissage. La présente invention a également pour objet un appareil II incluant au moins un dispositif générateur 1, conforme à l'invention et adapté pour le traitement de l'air. Cet appareil II comprend une enceinte 8 munie d'au moins une entrée 9 pour l'air à traiter, d'au moins une sortie 10 pour l'air traité, des moyens 7 assurant la circulation de l'air au sein de l'enceinte entre l'entrée 9 et la sortie 10 de l'enceinte. Cet appareil II comporte également au moins un dispositif 1 générateur d'ozone, selon l'invention, monté à l'intérieur de l'enceinte 8, de sorte que l'entrée 4 du dispositif 1 soit connectée à l'entrée 9 de l'enceinte 8, et la sortie 5 du dispositif 1 à la sortie 10 de l'enceinte 8, et des moyens électroniques 11 de régulation du taux d'ozone,. Il peut également être prévu, lorsque le volume d'air à traiter est plus important, d'équiper l'intérieur de l'enceinte 8 de plusieurs dispositifs 1. La fig. 3 illustre une telle variante dans laquelle trois dispositifs la, Ib, le sont montés en parallèle. Dans ce cas, chaque entrée 4a, 4b, 4e des dispositifs la, Ib, le est reliée à une entrée 9a, 9b, 9c de l'enceinte 8 et les trois sorties 5a, 5b, 5c des dispositifs la, Ib et le sont reliées à la même sortie 10 de l'enceinte 8. Dans ce cas, chaque entrée 9a, 9b, 9e, de l'enceinte 1 est équipée de moyens 7a, 7b, 7c. La sortie 10 de l'enceinte 8 est également munie d'une turbine 7d, ce qui permet d'assurer de manière efficace, la circulation de l'air autour de chaque tube UV 2a, 2b, 2c. Un appareil II selon l'invention, comportant trois dispositifs la, Ib et le est particulièrement adapté pour traiter des volumes d'air de l'ordre de 300 m3 alors qu'un appareil II comportant un seul dispositif 1 convient plutôt pour des volumes de 3 l'ordre de 100 m3. Par ailleurs, l'enceinte est munie de moyens électroniques 11 de régulation du taux d'ozone. Les moyens 11 permettent, par exemple, de contrôler d'une part, le flux d'air à l'intérieur du dispositif 1 et d'autre part, l'intensité lumineuse émise par le tube UV 2 qui, en général varie entre 40 et 100 % de sa capacité. L'enceinte 8 est fabriquée en tout matériau approprié, par exemple choisi parmi : acier inoxydable, métal avec revêtement anti-corrosion. La liaison entre les différentes entrées ou sorties et entre les différents dispositifs 1 se fait par tout moyen approprié de type canalisation en un matériau résistant à la corrosion et au pouvoir oxydant de l'ozone. En entrée, l'appareil Il selon l'invention peut être équipé de moyens de filtration et/ou de moyens de piégeage pour l'eau présente dans l'air à traiter. L'appareil II selon l'invention est en outre muni de moyens électriques ou électroniques appropriés incluant des moyens d'alimentation, éventuellement un contrôle horaire de fonctionnement et/ou un dispositif de sécurité et/ou un contrôle de l'état d'encrassement du caisson 1 et du tube UV 2. Un moyen 12 d'accès au dispositif 1 est généralement prévu afin de faciliter le nettoyage du caisson 1 et éventuellement le changement du tube UV 2. Les appareils Il pour le traitement de l'air selon l'invention peuvent être fixés à demeure sur leur lieu d'utilisation ou portables. De tels appareils pourront être utilisés dans différents secteurs d'activités : - pour supprimer les odeurs de fumée après un incendie, les odeurs de fuel, de gasoil, de fumées de cigarettes ; - pour la désodorisation et la décontamination de locaux ; - pour la décontamination de camions frigorifiques, de chambres froides, ou de présentoirs réfrigérés ; - pour améliorer la conservation des fruits et légumes ; - pour la stérilisation en milieu médical ou chirurgical ; - en milieu vinicole, pour le vieillissement du vin, pour éviter les moisissures sur les bouchons, ou pour stériliser les fûts. Le principe est simple, l'air à traiter est aspiré pour circuler à l'intérieur de la chambre à paroi"miroir", autour du tube UV 2, puis pour ressortir chargé en ozone, ce qui permet notamment d'avoir un effet bactériostatique. Les moyens électroniques 11 permettent de réguler le débit d'ozone produit en fonction de l'application envisagée. Dans certaines applications, un capteur externe permettant d'abaisser le taux d'ozone en sortie, par exemple une fois que l'air a été décontaminé ou que les mauvaises odeurs ont été supprimées, peut être prévu. La présente invention a également pour objet un appareil III incluant au moins un dispositif générateur d'ozone 1, conforme à l'invention et adapté pour le traitement de l'eau 13. Cet appareil III comporte un dispositif 1 selon l'invention, muni en entrée 4 de moyens 14 de régulation du débit du gaz 3 chargé en oxygène. Il peut être prévu d'utiliser en entrée 4 du dispositif 1 de l'air ambiant ou de l'oxygène. Il est également préférable de prévoir un filtre pour éliminer toutes particules indésirables. L'appareil III, selon l'invention comporte également des moyens 15 pour mélanger l'eau à traiter avec le gaz 3 chargé en ozone débouchant en sortie 5 du dispositif I. On pourra utiliser des moyens 15 de type venturi établissant la connexion entre un circuit 18 pour le gaz 3 chargé en ozone relié à la sortie 5, et un circuit 19 pour l'eau à traiter relié à l'enveloppe 16 peuvent être prévus. Il pourrait également être envisagé de faire buller directement le gaz chargé en ozone dans l'eau 13 à traiter. Dans l'exemple de réalisation présenté à la fig. 4, le dispositif 1 présente des moyens de refroidissement externes : le caisson 1 est entouré d'une enveloppe externe 16 autorisant la circulation d'un fluide de refroidissement le long des parois extérieures du caisson 1. L'eau 13 à traiter, amenée par une pompe 17 peut tout simplement jouer le rôle de fluide de refroidissement. En effet, dans le cas du traitement de l'eau, le débit de gaz 3 entrant dans le dispositif 1 est plus faible, de l'ordre de 0,36 à 1,8 m3/h et n'est donc pas suffisant pour assurer la fonction de moyens de refroidissement. L'eau chargée en ozone ainsi obtenue est alors gazéifiée dans une cuve d'échange 20 par microbullage. Classiquement, cet appareil est couplé à un deuxième tube UV 21 dont le rayonnement est compris entre 200 et 280 nm, de préférence égal à 224 nm qui permet de stériliser l'eau 13, grâce à l'effet anti-germicide et anti-bactéricide d'un tel rayonnement. Avant de traiter l'eau 13 grâce à ce deuxième tube UV 21, on peut la faire circuler au travers de différents filtres 22, de type filtre à poche, filtre à cartouche ou filtre à charbon actif. Un tel dispositif III trouve bon nombre d'applications notamment : - pour le traitement des eaux de pluies et eaux de puisage ; - pour le recyclage des eaux usées, des eaux de condensats, des eaux de rinceuse de bouteilles ; - pour le traitement des eaux de piscine ; - pour la stérilisation à froid. L'invention ci-dessus n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1-Dispositif (I) générateur d'ozone comprenant un caisson (1) de forme tubulaire à l'intérieur duquel un tube UV (2) générateur d'ozone est monté, et qui est muni de moyens de raccordement à des moyens (7) assurant la circulation d'un gaz (3) dans la chambre délimitée par le caisson (1) autour dudit tube UV (2), entre une entrée (4) pour le gaz (3) chargé en oxygène, située vers l'une des extrémités du tube UV (2), et une sortie (5) pour ce même gaz (3) alors chargé en ozone, située vers l'autre extrémité du tube UV (2), caractérisé en ce que les parois internes du caisson (1) sont réfléchissantes et constituées d'un matériau inerte vis à vis de l'ozone. 2-Dispositif (I) selon la revendication 1 caractérisé en ce que les parois internes présentent une rugosité caractérisée par un écart moyen arithmétique Ra compris entre 0,05 et 0,5 um. 3-Dispositif (I) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le caractère réfléchissant des parois internes est obtenu par polissage. 4-Dispositif (I) selon la revendication 3 caractérisé en ce que les parois internes du caisson (1) sont polies et sont constituées en acier inoxydable austénitique, insensible à la corrosion intergranulaire. 5-Dispositif (I) selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'acier inoxydable austénitique utilisé contient un taux de carbone inférieur à 0, 03%. 6-Dispositif (I) selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'acier inoxydable austénitique utilisé est le X2CrNiMo 17-12-2 ou le X2CrNiMo 18-14-3 définis selon la norme européenne EN 10027 7-Dispositif (I) selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'acier inoxydable austénitique utilisé contient du titane ou du nobium. 8-Dispositif (I) selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'acier inoxydable austénitique utilisé est le X6CrNiMoTi 17-12-2 défini selon la norme européenne EN 10027. 9-Dispositif (I) selon l'une des revendications 3 caractérisé en ce que les parois internes du caisson (1) ont été polies avec des abrasifs de grains 200 à 1200, de préférence 800 à 1200 et préférentiellement 1000 à 1200. 10-Dispositif (I) selon l'une des revendications 3 caractérisé en ce que les parois internes du caisson (1) ont été polies par traitement électrolytique. 11-Dispositif (I) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement du tube UV (2). 12-Appareil (11) pour le traitement de l'air comprenant une enceinte (8) munie d'au moins une entrée (9) pour l'air à traiter, d'au moins une sortie (10) pour l'air traité, de moyens (7) assurant la circulation de l'air au sein de l'enceinte entre l'entrée (9) et la sortie (10) de l'enceinte, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif (1) générateur d'ozone selon l'une des revendications 1 à 11 monté à l'intérieur de l'enceinte (8), de sorte que l'entrée (4) du dispositif (1) soit connectée à l'entrée (9) de l'enceinte (8), et que la sortie (5) du dispositif (1) soit connectée à la sortie (10) de l'enceinte (8), et des moyens électroniques (11) de régulation du taux d'ozone. 13-Appareil (II) selon la revendication 12, caractérisé en ce que trois dispositifs (la), (Ib), (le) générateurs d'ozone, sont montés à l'intérieur de l'enceinte (8). 14-Utilisation d'un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 ou d'un appareil (II) selon la revendication 12 ou 13 pour la décontamination de camions frigorifiques, de chambres froides, ou de présentoirs réfrigérés. 15-Utilisation d'un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 ou d'un appareil (II) selon la revendication 12 ou 13 pour la désodorisation et décontamination de locaux. 16-Utilisation d'un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 ou d'un appareil (II) selon la revendication 12 ou 13 pour la stérilisation en milieu médical ou chirurgical. 17-Utilisation d'un dispositif (I) selon l'une des revendications 1 à 11 ou d'un appareil (II) selon la revendication 12 ou 13 en milieu vinicole pour le vieillissement du vin, éviter la moisissure sur les bouchons, ou stériliser les fûts. 18-Appareil (III) pour le traitement de l'eau (13), caractérisé en ce qu'il comporte : - un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 muni en entrée (4) de moyens (14) de régulation du débit du gaz (3) chargé en oxygène, - des moyens (15) pour mélanger l'eau à traiter avec le gaz (3) chargé en ozone débouchant en sortie (5) du dispositif (I). 19-Utilisation d'un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 ou d'un appareil (III) selon la revendication 18 pour le traitement des eaux usées de pluies et eaux de puisage 20-Utilisation d'un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 ou d'un appareil (III) selon la revendication 18 pour le traitement des eaux de piscine.