Brevet FR2984179A1 — publié le 20130621

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un dispositif et un procédé de génération d'un aérosol à partir d'une poudre. ETAT DE LA TECHNIQUE Un aérosol est un ensemble de particules solides ou liquides d'une substance chimique en suspension dans un milieu gazeux. On connait diverses techniques pour générer un aérosol à partir d'une poudre et on connait notamment les techniques décrites dans les documents suivants : - Baron P., Maynard A. Foley M. : « Evaluation of aerosol release during the handling of unrefined single walled carbon nanotube material, » NIOSH DART-02-191 rev 1.1 April 2003 ; - Ku B.K., Maynard A.D., Baron P.A., Deye G.J.: « Observation and measurement of anomalous responses in a differential mobility analyzer caused by ultrafine fibrous carbon aerosols, » Journal of Electrostatics, 65, 542-548; - Maynard A., Baron P., Foley M., Shvedova A., Kisin E., Castranova V.: « Exposure to carbon nanotube material: aerosol release during the handling of unrefined single-walled carbon nanotube material, » J. Toxicol. Env. Health part A, 67, 87-107. Dans ces documents, pour générer un aérosol, une poudre est mélangée avec des billes en bronze dans un tube à essais. La mise en suspension des particules pour la génération de l'aérosol est effectuée en agitant le tube (soit par mise en rotation soit par vibration) tout en injectant un débit d'air par le haut du tube à essais, l'aérosol étant extrait par le haut du tube également. Un problème avec ces techniques est que la reproductibilité dans le temps de l'aérosol généré n'est pas garantie. En particulier, la granulométrie des particules de l'aérosol est très variable, notamment du fait de la présence d'agrégats. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose un dispositif de génération d'un aérosol dont la granulométrie est contrôlée, notamment la taille maximale des particules extraites. A cet effet, l'invention propose un dispositif de génération d'un aérosol à granulométrie contrôlée, à partir d'une poudre, le dispositif comprenant : - un système de dispersion des particules comprenant : o un récipient inférieur dit zone de production adapté pour recevoir une poudre ; o un récipient supérieur dit zone de sélection comprenant une base supérieure ; un orifice d'entrée ; une base inférieure en liaison aéraulique avec le récipient inférieur ; une partie intermédiaire entre la base supérieure et la base inférieure ; un orifice de sortie disposé en partie supérieure de la base supérieure ; le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - un canal plongeant de l'orifice d'entrée jusque dans le récipient inférieur pour acheminer de l'air directement dans ledit récipient inférieur, la section interne du canal étant dimensionnée pour obtenir un jet d'air turbulent dans le récipient inférieur. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - il comprend en outre un agitateur comprenant un logement adapté pour loger le récipient inférieur et mettre en rotation le système de dispersion ; - le récipient supérieur présente un axe de symétrie longitudinal le long duquel s'étend le canal ; - le récipient supérieur est dimensionné en fonction de la granulométrie souhaitée pour l'aérosol ; - l'orifice d'entrée est sur la base supérieure et dans lequel l'orifice de sortie est sur la partie intermédiaire ; - la partie intermédiaire est convergente entre la base supérieure et la base inférieure ; - le récipient inférieur présente une section hémisphérique ; - le récipient inférieur est amovible par rapport au récipient supérieur ; - il comprend en outre un élément d'étanchéité entourant le canal pour assurer l'étanchéité entre le canal et le contour de l'orifice d'entrée. L'invention propose également un procédé de génération d'un aérosol au moyen d'un dispositif de génération selon l'invention, comprenant les étapes suivantes : - disposer une poudre dans le récipient inférieur ; - amener de l'air au moyen du canal dans le récipient inférieur pour mettre en suspension des particules issues de la poudre pour générer un aérosol ; - mettre en agitation/rotation le système de génération au moyen de l'agitateur ; - récupérer l'aérosol ainsi généré par l'orifice de sortie. Les avantages de l'invention sont multiples. La présence des zones de production et de sélection se traduit par la présence de deux zones aérauliques dans le même système permettant respectivement la mise en suspension et la sélection en taille de l'aérosol. La disposition du tuyau permet d'injecter de l'air directement dans la zone de production, à l'endroit de la mise en suspension des particules. L'écoulement d'air ascendant dans la zone de sélection permet le tri des tailles de particule par élutriation verticale. Le récipient supérieur est de forme conique ce qui permet d'obtenir un écoulement ascendant stable sans turbulence au niveau de la connexion avec la zone de dispersion. Le récipient inférieur est démontable, ce qui permet un nettoyage et un remplissage de poudre facile sans démonter l'ensemble du système de dispersion. Avec l'invention il est possible d'utiliser de très faibles débits d'air, inférieurs par exemple à 1 L/min, ce qui permet de créer facilement un confinement de la poudre par cascade de pression. L'invention permet une maîtrise du taux de mise en suspension des particules, indépendamment du débit d'air injecté. Enfin avec l'invention on obtient une très bonne stabilité et une très bonne reproductibilité de la concentration sur plusieurs heures de fonctionnement grâce à la combinaison de deux zones aérauliques. PRESENTATION DE LA FIGURE D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard de la figure 1 annexée qui illustre un dispositif de génération d'un aérosol conforme à un mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Un dispositif de génération d'un aérosol à granulométrie contrôlée, à partir d'une poudre P, conforme à un mode de réalisation de l'invention est composé d'un système de dispersion 1, 2 des particules comprenant un récipient inférieur 1 dit zone de production, dans lequel une poudre P à mettre en suspension est déposée et un récipient supérieur 2 dit zone de sélection. On précise que l'on entend par zone de production, la zone dans laquelle les particules sont mises en suspension et par zone de sélection la zone dans laquelle des particules issues de la poudre P présentant une certaine granulométrie sont sélectionnées pour générer un certain type d'aérosol. Le récipient supérieur 2 comprend une base supérieure 2a ayant un orifice d'entrée 2e et, une base inférieure 2b en liaison aéraulique avec le récipient inférieur 1 et une partie intermédiaire 2d entre la base supérieure 2a et la base inférieure 2b. La partie intermédiaire 2d comprend un orifice de sortie 2c d'aérosol disposée dans la partie supérieure de la base supérieure 2a. La sortie 2c est en particulier disposée sur un côté de la partie supérieure du récipient supérieur 2. On précise que l'on entend par partie supérieure, une zone qui s'étend du haut du récipient supérieur 2 jusqu'à la moitié du récipient supérieur 2, de préférence jusqu'au tiers du récipient supérieur 2. De manière alternative l'orifice d'entrée 2e peut être disposé sur la partie intermédiaire 2d et l'orifice de sortie 2c peut être disposé sur la base supérieure 2a. 15 Afin d'amener l'air directement dans le récipient inférieur 1, le dispositif de génération comprend en canal 3 plongeant directement dans le récipient inférieur 1. Le canal 3 est par exemple en métal et est notamment vertical pour s'étendre selon un axe de symétrie longitudinal du récipient supérieur 2 dans le cas de la figure 1 sinon le canal 3 peut être agencé d'une autre 20 manière notamment si l'orifice d'entrée 2e est disposé sur la partie intermédiaire 2d et l'orifice de sortie 2c sur la base supérieure 2a. Le canal 3 présente une section interne qui est dimensionnée pour obtenir un jet d'air turbulent dans le récipient inférieur 1. La section interne du canal 3 peut être carrée, ellipsoïdale ou de 25 préférence circulaire. Le canal 3 est connecté à une alimentation d'air (non représentée) et l'air injecté est en particulier de l'air propre obtenu à partir d'une source d'air comprimée classique, l'air issu de la source d'air comprimé ayant été préalablement séché et filtré. Ainsi, la section interne du canal 3 est 30 dimensionnée en fonction du débit d'air, de façon à produire un jet d'air turbulent directement dans la partie inférieure 1. En outre, pour contrôler le débit d'air injecté, un débitmètre (non représenté) entre l'orifice d'entrée 2e du canal 3 et l'alimentation en air est utilisé. Le dispositif de génération comprend également un agitateur 4 qui est 5 par exemple du type Vortex Génius 3®. L'agitateur 4 comprend un logement pour maintenir le système de dispersion via le récipient inférieur 1. L'agitateur 4 permet de mettre en rotation le système de dispersion. De manière avantageuse, le canal 3 est agencé par rapport au récipient supérieur 2 pour que le système de dispersion puisse avoir un 10 mouvement rotationnel sans être gêné par celui-ci. Ainsi, comme on le comprend, l'arrivée du débit d'air se fait au moyen du canal 3 qui est vertical et qui plonge directement dans le récipient inférieur 1 et qui permet de transporter les particules mises en suspension, grâce à l'agitation de la poudre P provoquée par l'agitateur 4 dans le 15 récipient inférieur 1, vers la sortie 2c. Pour assurer l'étanchéité au niveau de l'orifice d'entrée 2e, le dispositif de génération comprend un élément d'étanchéité 5 pour assurer l'étanchéité entre le canal 3 et le contour de l'orifice 2e. Le canal 3 est notamment solidaire du récipient supérieur 2. 20 De manière avantageuse, l'orifice de sortie 2c est disposé suffisamment loin de l'extrémité du canal 3 plongeant dans le récipient inférieur. En outre, l'orifice de sortie 2c doit être situé dans la partie où la section du récipient supérieur est la plus grande car c'est cette section qui 25 est utilisée pour calculer les vitesses dans le système et qui détermine la taille des particules sélectionnées (voir ci-après). Afin de pouvoir sélectionner une certaine taille de particules, le récipient supérieur 2 est en outre dimensionné d'une certaine manière. En effet, en fonction des dimensions et de la forme de ce dernier on peut 30 sélectionner des particules ayant une certaine granulométrie. La forme conique du récipient supérieur 2 permet d'obtenir un écoulement stable lors du passage de l'aérosol par la base supérieure 2b en liaison avec le récipient inférieur 1. Le diamètre de la base supérieure 2a permet d'imposer une vitesse d'écoulement ascendant spécifique limitant l'extraction des particules ayant un diamètre aérodynamique supérieur à une valeur critique définit par la taille de la base supérieure 2a et le débit d'air injecté dans le système par le canal 3. De manière préférée, le récipient supérieur 2 est tel que la partie intermédiaire 2d est convergente entre la base supérieure 2a et la base inférieure. Le récipient supérieur 2 est dans ce cas conique. C'est en particulier la section interne du récipient supérieur 2 qui va permettre de contrôler la taille maximale des particules de l'aérosol généré. Ainsi, en ayant une partie intermédiaire 2d convergente entre la base supérieure 2a et la base inférieure 2b la section interne s'élargie de la base inférieure 2b vers la base supérieure 2b du récipient supérieur 2. Pour favoriser la mise en suspension des particules dans le récipient inférieur 1, ce dernier présente un fond ayant une section hémisphérique Une telle section hémisphérique présente en outre l'avantage d'être facilement nettoyable (pas d'angle vif). Par ailleurs, cette section hémisphérique est permet de bien adapter le récipient inférieur 1 à l'agitateur 4. En outre, toujours pour favoriser la mise en suspension des particules, entre la base inférieure du récipient supérieur 2 et le récipient inférieur 1 on a un changement de section pour favoriser la mise en suspension dans le récipient inférieur 1. En particulier, le récipient inférieur présente une section plus large que la base inférieure du récipient supérieur 2. De cette façon, un tel récipient inférieur 1 combiné à une section interne du récipient supérieur 2 convergente de la base supérieure 2a à la base inférieure 2b et au canal 3 qui amène directement l'air dans le récipient inférieur 1 permet de confiner la mise en suspension des particules dans le récipient inférieur 1. En outre, pour faciliter le dépôt de poudre P dans le récipient inférieur 1, le récipient inférieur 1 est amovible par rapport au récipient supérieur 2. Enfin il est possible de mélanger la poudre avec des billes en bronze ou en cuivre pour contribuer à la dispersion des particules. Grâce au dispositif de génération d'un aérosol ci-dessus décrit il est possible de générer un aérosol ayant des propriétés contrôlées. Par exemple pour générer un aérosol d'alumine à partir d'une poudre d'alumine dont le diamètre médian des grains est de 0,65 pm, le dispositif de génération présente les paramètres suivants : débit d'air d'alimentation compris entre 0,1 L/min et 0,5 L/min ; variabilité de la concentration inférieure à 5 % sur une heure de production. 15 REVENDICATIONS1. Dispositif de génération d'un aérosol à granulométrie contrôlée, à partir d'une poudre, le dispositif comprenant : un système de dispersion (1, 2) des particules comprenant : o un récipient inférieur (1) dit zone de production adapté pour recevoir une poudre (P) ; o un récipient supérieur (2) dit zone de sélection comprenant une base supérieure (2a) ; un orifice d'entrée (2e) ; une base inférieure (2b) en liaison aéraulique avec le récipient inférieur (1) ; une partie intermédiaire (2d) entre la base supérieure (2a) et la base inférieure (2b) ; un orifice de sortie (2c) disposé en partie supérieure de la base supérieure (2a) ; le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un canal (3) plongeant de l'orifice d'entrée (2e) jusque dans le récipient inférieur (1) pour acheminer de l'air directement dans ledit récipient inférieur (1), la section interne du canal (3) étant dimensionnée pour obtenir un jet d'air turbulent dans le récipient inférieur (1). 2. Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre un agitateur (4) comprenant un logement adapté pour loger le récipient inférieur (1) et mettre en rotation le système de dispersion. 3. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le récipient supérieur (2) présente un axe de symétrie longitudinal le long duquel s'étend le canal (3). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le récipient supérieur (2) est dimensionné en fonction de la granulométrie souhaitée pour l'aérosol. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'orifice d'entrée (2e) est sur la base supérieure (2a) et dans lequel l'orifice de sortie (2c) est sur la partie intermédiaire (2d). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la partie intermédiaire (2d) est convergente entre la base supérieure (2a) et la base inférieure (2b). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le récipient inférieur (1) présente une section hémisphérique. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le récipient inférieur (1) est amovible par rapport au récipient supérieur (2). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un élément d'étanchéité (5) entourant le canal (3) pour assurer l'étanchéité entre le canal et le contour de l'orifice d'entrée (2e). 10. Procédé de génération d'un aérosol au moyen d'un dispositif selon l'une 20 des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes : - disposer une poudre (P) dans le récipient inférieur (1) ; - amener de l'air au moyen du canal (3) dans le récipient inférieur (1) pour mettre en suspension des particules issues de la poudre (P) pour générer un aérosol ; 25 - mettre en agitation/rotation le système de génération au moyen de l'agitateur (4) ; - récupérer l'aérosol ainsi généré par l'orifice de sortie (2c).