Brevet FR2848873A1 — publié le 20040625

L'invention se rapporte à un épurateur d'air à recyclage permanent, particulièrement du type comportant un boîtier, transportable, susceptible d'être placé dans un local à traiter et comprenant des moyens d'entraînement d'air pour créer dans le local une circulation permanente 5 d'air en forçant cet air à passer au travers d'un filtre L'appareil en question est plus particulièrement conçu pour être placé dans un local d'habitation, par exemple dans la pièce principale ou une chambre ou encore dans un local à usage de bureaux, afin de débarrasser l'air, progressivement et en permanence, d'une partie notable de poussières ou 10 microorganismes qu'il contient, y compris ceux de très petite taille, inférieure au micron L'invention vise ainsi à améliorer la qualité de l'air dans un local d'habitation afin de rendre ce dernier plus sain pour les personnes souffrant d'allergie et aussi afin de réduire, de façon visible, les dépôts de poussière, permettant ainsi de dépoussiérer les meubles moins 15 souvent. On connaît différents types d'appareils conçus pour l'usage mentionné cidessus, par opposition à d'autres qui sont destinés à la dépollution de locaux industriels o l'activité industrielle elle-même engendre des quantités importantes de poussières spécifiques (scierie, 20 cimenterie, etc). Par exemple, le document EP 640 372 décrit un appareil portable faisant appel à un type de filtre à haute performance connu sous l'appellation "HEPA" Ce filtre se présente sous forme d'une cartouche très performante ( 99,97 % d'efficacité en un seul passage), mais coteuse et 25 engendrant une perte de charge importante Les moyens de mise en circulation de l'air au travers du filtre sont donc nécessairement puissants et par conséquent bruyants La cartouche de type "HEPA" est associée à un pré-filtre à charbon actif Par conséquent, l'appareil est compliqué et coteux Les éléments à remplacer régulièrement, c'est-à-dire la cartouche 30 "HEPA" et le filtre à charbon actif, sont également coteux Le fonctionnement s'avère assez bruyant. Par ailleurs, le document WO 95/00248 décrit une solution entièrement électrostatique o l'essentiel de la rétention des particules est obtenu au moyen de bandes enchevêtrées de façon à former une sorte de 35 faisceau, lequel est traversé longitudinalement par l'air à traiter D'autres filtres électrostatiques d'entrée et de sortie sont prévus Le filtre d'entrée a une structure très lâche qui ne permet de retenir que les plus grosses particules, en dépit de l'effet électrostatique mis en oeuvre En particulier, le pré-filtre d'entrée n'est pas capable de retenir des acariens dont les plus petits ont une taille de 100 pm environ ou d'autres micro-organismes de taille importante, lesquels sont détruits au moyen d'une lampe à ultraviolet, située en aval du filtre d'entrée. Le filtre principal et les filtres d'entrée et de sortie doivent être périodiquement remplacés; ce sont des éléments coteux. L'invention vise à résoudre les problèmes indiqués ci-dessus et propose un nouveau système présentant un ensemble de caractéristiques 10 lui conférant une efficacité remarquable lorsqu'il est utilisé en recyclage permanent, surtout en milieu non directement polluant, comme par exemple une maison d'habitation, un appartement, un local à usage de bureaux, etc. Dans ce contexte en effet, un faible niveau de bruit de 15 fonctionnement devient un critère essentiel Il en est de même de la facilité et du faible cot de la maintenance conduisant à choisir un matériau et/ou un élément de filtrage bon marché, c'est-à-dire pouvant être changé régulièrement sans qu'il en résulte une charge financière dissuasive. Toutes ces contraintes ont conduit, selon l'invention, à préférer un filtre du type séparateur à couche poreuse opérant en retenant dans sa texture les particules (sans pour autant mettre en oeuvre d'effet électrostatique, triboélectrique ou autre) dont la texture et les conditions d'utilisation permettent d'envisager à la fois une bonne rétention des 25 particules les plus fines (jusqu'à moins de 1 pm) ainsi qu'une perte de charge minime, garantissant un fonctionnement silencieux. Au cours des recherches qui ont abouti à définir l'invention, on s'est aperçu qu'il n'était pas nécessaire d'utiliser un filtre aussi performant que le filtre dit "HEPA" capable en un seul passage de retenir la quasi30 totalité de toutes les particules, même les plus fines, mais qu'il était au contraire plus avantageux et plus facile de mettre à profit le recyclage permanent pour obtenir le même résultat avec un filtre de texture plus simple, a priori moins efficace mais permettant d'obtenir une excellente épuration en relativement peu de temps Il est en effet apparu que, de 35 façon surprenante, un faible débit d'air au travers du filtre (permettant une perte de charge et un niveau sonore réduits) était aussi favorable à la rétention en grande proportion des particules en suspension dans l'air et notamment les particules les plus fines, inférieures à 10 pm et en particulier celles de l'ordre du micron, toutes choses égales par ailleurs. En conséquence, l'invention concerne un épurateur d'air à 5 recyclage permanent du type comportant un boîtier destiné à être placé dans un local à traiter et comprenant une entrée d'air, une sortie d'air, un filtre et des moyens d'entraînement d'air agencés pour provoquer un écoulement d'air entre ladite entrée et ladite sortie au travers dudit filtre, caractérisé en ce que: lesdits moyens d'entraînement d'air ont un débit faible inférieur à 180 m 3/h environ, et ledit filtre est du type séparateur à au moins une couche poreuse, capable de retenir dans sa structure des particules fines dont la taille est inférieure à 80 microns sans provoquer une perte de charge 15 supérieure à 100 Pa, au débit précité desdits moyens d'entraînement. Le filtre défini ci-dessus sera donc capable de retenir les acariens et bactéries mais aussi toutes sortes de particules plus fines. De préférence, ladite perte de charge est inférieure à 70 Pa au débit précité ; elle est très préférentiellement voisine de 35 Pa. Par exemple, pour une surface efficace du filtre d'environ 0,1 m 2, les moyens d'entraînement sont réglés pour que le débit d'air soit compris entre 80 et 120 m 3/h, des performances optimales étant attendues autour de 100 m 3/h. De préférence, pour une surface efficace du filtre d'environ 25 0,05 m 2, les moyens d'entraînement sont réglés pour que le débit d'air soit compris entre 40 et 60 m 3/h, des performances optimales étant attendues au voisinage de 50 m 3/h. On comprendra que tout système conçu avec un filtre dont la surface est dimensionnaire par rapport au débit dans les proportions 30 décrites cidessus, rentre dans le cadre de la présente invention. Selon un mode de réalisation particulièrement simple et avantageux, le filtre comporte une pièce de matériau textile Il peut même être constitué seulement d'une telle pièce de matériau textile, éventuellement plusieurs, superposées Ce matériau textile peut être 35 avantageusement du type nontissé, réalisé en fibres synthétiques Dans ces matériaux, on a plus particulièrement retenu un matériau textile non- tissé à fibres entrelacées connu sous l'appellation "SPUNLACE" Il s'agit d'un type de non-tissé dans lequel les fibres sont entrelacées à la fabrication par l'action de jets d'eau s'exerçant perpendiculairement à la surface de la nappe de fibres Un autre matériau textile non tissé ayant 5 donné de bons résultats est dit "à fibres thermoliées" Dans ce type de matériau textile, les fibres sont liées entre elles à la fabrication par l'action de la chaleur. Dans tous les cas, il est avantageux que le filtre soit imprégné d'un produit de composition et consistance susceptibles de mieux faire 10 "adhérer" les particules à la structure fibreuse Par exemple, le filtre peut être imprégné d'une substance huileuse Une telle substance peut être une huile de paraffine ou analogue Une huile minérale blanche paraffinique dérivée d'hydrocarbures pétroliers est particulièrement indiquée. Il apparaît que le matériau textile du type à fibres entrelacées est plus efficace en soi mais que son efficacité diminue plus rapidement avec le temps En revanche, les performances sont grandement améliorées pour les deux textiles dès lors qu'ils sont imprégnés de ladite substance huileuse, I'efficacité du filtre étant constante sur une longue 20 période de temps. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celleci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d'épurateur d'air conforme à son principe, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins 25 annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un mode de réalisation de l'épurateur d'air; la figure 2 est une vue schématique éclatée montrant les différents constituants du filtre; la figure 3 est une vue extérieure, avec assèchement, du dispositif en fonctionnement; la figure 4 est une vue extérieure du même dispositif, hors service; la figure 5 est une vue schématique d'une variante; et la figure 6 est une vue schématique d'une variante miniaturisée. En se reportant plus particulièrement aux figures 1 à 4, on a représenté un épurateur d'air 11 qui, dans l'exemple, comporte un boîtier 12, ici en matière plastique moulée, composé d'un piètement 13 surmonté d'un corps 14 sensiblement cylindrique Une sortie d'air 15 est définie à la 5 base du corps, au-dessus du piètement Ce boitier abrite des moyens d'entraînement d'air 18 constitués par un ventilateur 19 entraîné en rotation par un moteur électrique 20 Le ventilateur refoule l'air le long du piètement Celui-ci a une forme courbe de révolution qui dévie l'air de façon à ce qu'il s'écoule en nappe horizontale, diffusant dans toutes les 10 directions, comme indiqué par les flèches. Le corps 14 est monté mobile verticalement et peut prendre deux positions par rapport au piètement 13 Il comporte une ouverture horizontale supérieure formant entrée d'air 25 par laquelle l'air est aspiré et admis dans l'épurateur Le corps abrite un filtre ayant ici la forme d'une 15 cartouche de filtrage 26, démontable, surmontant des moyens d'entraînement d'air 18 portés par le piètement Un espace annulaire cylindrique 30 est ménagé entre la paroi interne du corps 14 et la surface extérieure de la cartouche 26 La cartouche est montée de façon étanche à l'entrée des moyens d'entraînement d'air 18 en sorte que l'air qui est 20 aspiré par l'ouverture supérieure formant l'entrée d'air 25 du dispositif, pénètre dans l'espace annulaire 30, traverse la cartouche 26 puis les moyens d'entraînement d'air avant d'être recyclé dans le local même au niveau du piètement La cartouche 26 est démontable et se compose: d'une grille de maintien 35, cylindrique, autour de laquelle on 25 vient enrouler une bande de matériau textile 36, non tissé, du genre défini ci- dessus et constituant la partie active et remplaçable du filtre; d'un bouchon 37 venant s'emboîter à une extrémité, supérieure, de la grille de maintien cylindrique, et d'une bague 38 venant s'emboîter à une autre extrémité, 30 inférieure, de la grille Cette bague, munie d'une garniture en élastomère 39 vient s'adapter de façon étanche à une face d'entrée des moyens d'entraînement d'air 18 Le bouchon 37 et la bague 38 comportent des épaulements annulaires permettant, de les emboîter aux extrémités de la grille tubulaire en serrant les bords de la bande de 35 matériau textile, ce qui permet de déployer le filtre sur la totalité de la surface de la grille de maintien Une fois constituée de cette façon, la cartouche 26 est mise en place au-dessus de l'entrée des moyens d'entraînement d'air. Bien entendu, I'agencement pourrait être inverse, c'est-à-dire 5 que la cartouche pourrait être appliquée à une entrée d'air On pourrait par exemple obtenir une telle variante avec un boîtier semblable mais en inversant le sens de rotation du ventilateur L'entrée d'air se ferait alors par le piètement et la sortie d'air se ferait par le haut. On peut, si nécessaire, enrouler plusieurs bandes ou plusieurs 10 épaisseurs de ladite bande autour de la grille Le matériau textile utilisé forme la partie active d'un filtre défini comme étant un séparateur à couche poreuse Ce matériau possède des caractéristiques indiquées cidessus à savoir que sa texture est en soi apte à retenir (sans effet électrostatique ou analogue) des particules très fines de taille inférieure au 15 micron, sans provoquer une perte de charge importante, n'excédant pas Pa, pour un débit d'air le traversant, lui- même très faible, établi entre 20 et 180 m 3/h, les moyens d'entraînement d'air étant réglés en conséquence. A l'intérieur de ces intervalles de valeurs de pertes de charge et 20 de débit, pour un filtre présentant une surface de 0,1 m 2, un intervalle avantageux est de 80 à 120 m 3/h pour le débit d'air et une perte de charge inférieure à 70 Pa Un couple de valeur de 100 m 3/h pour 35 Pa. s'est révélé très satisfaisant Les matériaux filtrants ayant plus particulièrement donnés satisfaction sont les textiles non tissés à fibres 25 entrelacées (type "Spunlace") notamment ceux constitués de 30 % de polyéthylène et de 70 % de viscose, à raison de 60 g/m 2, utilisés à sec ou de préférence imprégnés d'huile de paraffine ou analogue ou encore les textiles non tissés à fibres thermoliées (polypropylène à 50 g/m 2) très préférentiellement avec imprégnation de la même substance Un taux 30 d'imprégnation de l'ordre de 15 % en poids s'est révélé efficace De tels textiles peuvent facilement être conditionnés sous forme de lingettes, éventuellement pré-imprégnées, aux dimensions requises pour être montées à la surface de la grille cylindrique 35, permettant un remplacement périodique facile et peu coteux. 35 Un mode de réalisation actuellement préféré comporte un filtre à deux couches de "non tissé" thermolié imprégné de 15 % d'huile Il présente une efficacité intrinsèque, en un seul passage, conforme au tableau suivant: Débit 50 m 3/h surface filtrante 0,05 m 2 température 22 C hygrométrie 59 % HR plage de Taille dimension des moyenne des Efficacité intrinsèque particules détectées particules (pm) (pm) 0,3-0,5 0,4 80 0,5-0 7 0,6 76 0,7-1 0,85 75 1-2 1,5 77 2-3 2,5 82 3-5 4 85 5-10 7,5 85 Le tableau révèle que la décontamination quasi totale de la pièce peut être obtenue en quelques heures, soit en moyenne 99,2 % d'efficacité en trois "passages" du volume d'air concerné. Le corps 14, comme on l'a indiqué plus haut, peut prendre deux 10 positions stables par rapport au piètement 13 Dans la position représentée à la figure 3, l'ouverture supérieure du corps se trouve audessus de la cartouche tandis que la sortie formée au niveau de l'ouverture inférieure du corps se trouve à distance de la base du piètement Dans cette position, l'air peut circuler de haut en bas, c'est la 15 position normale, en service, de l'épurateur Dans la position illustrée sur la figure 4, le corps est rabaissé de sorte que l'entrée et la sortie d'air sont toutes deux obturées A cet effet, le bouchon 37 comporte un joint annulaire en élastomère 40 venant en contact avec la face interne du corps 14, au voisinage et tout autour de l'ouverture 25 Dans cette position de non-utilisation, les germes qui ont pu être captés par le filtre sont emprisonnés. La figure 5 décrit de façon schématique un autre mode de 5 réalisation possible dans lequel les éléments de structure analogues à ceux du mode de réalisation précédent portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits en détail à nouveau Selon cette variante, I'épurateur comporte plusieurs filtres 50, 51 ( 2 dans l'exemple représenté) Ces filtres sont agencés en série et présentent des surfaces 10 différentes, ce qui permet de déterminer des vitesses d'écoulement d'air différentes au travers de chacun d'entre eux puisque le débit d'air est constant et fixé par le ventilateur 19 On a constaté que les particules les plus fines étaient mieux captées à vitesse plus faible, toutes choses égales par ailleurs Par conséquent, le fait de prévoir au moins deux filtres de 15 surfaces différentes permet de déterminer plusieurs vitesses d'écoulement rendant les filtres correspondants aptes à arrêter de façon plus efficace des particules dont les dimensions se situent dans des plages différentes respectives. Un autre mode de réalisation représenté à la figure 6 constitue 20 une version miniaturisée de l'épurateur Selon cette variante, la cartouche de filtrage 26 a et le boîtier 55 sont de dimensions réduites au point d'être solidaires d'une fiche électrique mâle 56 Le boîtier 55 renferme les moyens d'entraînement d'air, c'est-à- dire le ventilateur et le moteur électrique qui l'entraîne La sortie 58 est ménagée à la face supérieure du 25 boîtier 55 Le moteur électrique est connecté à la fiche mâle 56 de sorte que le simple fait de brancher cette dernière dans une prise de courant met en service l'épurateur La petite cartouche de filtrage 26 a est montée dans le prolongement des moyens d'entraînement d'air La cartouche comporte aussi un cache supérieur 59 occultant une partie de la surface 30 cylindrique supérieure de la cartouche et par conséquent interposé entre l'entrée (qui se confond avec le demi-cylindre inférieur de la cartouche 26 a elle-même) et la sortie 58, ce qui permet d'éviter une réaspiration immédiate de l'air refoulé par la sortie de l'épurateur. REVENDICATIONS 1 Epurateur d'air à recyclage permanent du type comportant un boîtier ( 11) destiné à être placé dans un local à traiter et comprenant une 5 entrée d'air ( 25), une sortie d'air ( 15), un filtre et des moyens d'entraînement d'air agencés pour provoquer un écoulement d'air entre ladite entrée et ladite sortie au travers dudit filtre, caractérisé en ce que: lesdits moyens d'entraînement d'air ( 18) ont un débit faible inférieur à 180 m 3/h environ, et ledit filtre ( 26) est du type séparateur à au moins une couche poreuse, capable de retenir dans sa structure des particules fines dont la taille est inférieure à 80 microns sans provoquer une perte de charge supérieure à 100 Pa, au débit précité desdits moyens d'entraînement. 2 Epurateur d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 ladite perte de charge est inférieure à 70 Pa, de préférence voisine de Pa. 3 Epurateur d'air selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement ont un débit compris entre 80 et 120 m 3/h, de préférence voisin de 100 m 3/h, pour un filtre présentant une 20 surface d'environ 0,1 m 2. 4 Epurateur d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit filtre est interchangeable. Epurateur d'air selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit filtre comporte une pièce de matériau textile ( 36). 6 Epurateur d'air selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite pièce de matériau textile est du type non-tissé. 7 Epurateur d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau textile non tissé est du type à fibres entrelacées, connu en soi. 8 Epurateur d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau textile non tissé est du type à fibres thermoliées, connu en soi. 9 Epurateur d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit filtre est imprégné. 10 Epurateur d'air selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit filtre est imprégné d'une substance huileuse. 11 Epurateur d'air selon la revendication 10, caractérisé en ce que cette substance comporte une huile de paraffine ou analogue. 12 Epurateur d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs filtres ( 50, 51) agencés en série, 5 de surfaces différentes permettant de déterminer des vitesses d'écoulement d'air différentes au travers de chacun d'eux. 13 Epurateur d'air selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'un tel filtre comporte une cartouche démontable comprenant une grille ( 35) sur laquelle est disposée une pièce de 10 matériau textile ( 36) précitée et en ce que ladite cartouche est installée dans un boîtier renfermant les moyens d'entraînement d'air. 14 Epurateur d'air selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 14) et un piètement ( 13), en ce que ledit corps abrite ladite cartouche et en ce que ledit corps est déplaçable entre deux 15 positions stables par rapport au piètement, une position de service et une position de non-utilisation o ladite entrée d'air et ladite sortie d'air sont obturées. Epurateur d'air selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite cartouche ( 26 a) et ledit boîtier ( 55) sont miniaturisés pour être 20 solidaires d'une fiche électrique mâle ( 56), cette dernière étant connectée à un moteur électrique faisant partie desdits moyens d'entraînement d'air.