Brevet FR3040885A1 — publié le 20170317

Appareil de purification de l'air ambiant La présente invention a trait à un appareil de purification de l'air ambiant par exemple d'une pièce d'habitation, elle concerne en d'autres termes un dispositif de dépollution domestique, opérant par filtration de l'air d'une pièce afin d'éliminer ou de traiter d'éventuelles particules polluantes. Le principe général de ces appareils repose sur l'existence d'un moyen d'entraînement du fluide, permettant d'organiser une filtration dynamique de l'air consistant à piéger ou à traiter des particules dans un ou plusieurs filtres, afin de réduire le nombre de particules dont on veut se débarrasser dans l'air d'une pièce équipée de l'appareil. Le moyen d'entraînement prévu à cet effet est une turbine qui aspire l'air à traiter au travers d'un conduit d'aspiration dans lequel est placé au moins un filtre, l'air étant refoulé une fois traité. L'appareil peut ne comporter qu'un unique filtre prévu pour piéger les particules polluantes, ou une combinaison de filtres pour en piéger certaines et en traiter d'autres. Un filtre actif, par exemple au charbon, permet ainsi d'associer une fonction de stérilisation à la fonction principale de filtration. Le fluide ambient filtré et/ou traité est ensuite refoulé vers l'extérieur via une conduite de refoulement. L'ensemble de ces composants est disposé au sein d'un carter qui donne sa forme et son encombrement à l'appareil, et participe le cas échéant aux fonctions mentionnées. Ce type d'appareil prend classiquement la forme d'un meuble ou d'une unité autonome, présentant un volume tel qu'il est posé dans la pièce à dépolluer, occupant un espace au sol non négligeable rendu dès lors indisponible à d'autres usages. Les appareils existants fonctionnent selon une configuration que l'on qualifiera d'axiale, avec une turbine de faible dimension fonctionnant à vitesse de rotation élevée, entraînant à son tour des vitesses d'écoulement du fluide significatives dans des conduites placées en amont et en aval de la turbine. Ces configurations présentent un certain nombre d'inconvénients, outre l'encombrement déjà évoqué : la vitesse de rotation importante de la turbine génère en soi des nuisances sonores auxquelles s'ajoute le bruit provoqué par la vitesse des flux fluidiques à l'intérieur des canalisations d'aspiration et 3040885 2 de refoulement. Ce fonctionnement basé sur des conduites allongées provoque par ailleurs ce qu'il est convenu d'appeler un effet de jet, dû au refoulement localisé d'un jet de fluide qui peut s'avérer très inconfortable pour une personne située à son voisinage, résultant d'un orifice de 5 refoulement de dimensions transversales réduites. Cet effet de jet a pour autre conséquence une diffusion également très localisée du rejet d'air dépollué, entraînant à son tour une recirculation restreinte de l'air purifié qui laisse des zones entières d'air stagnant et non dépollué dans la pièce. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients tout en 10 améliorant l'efficacité de la dépollution par une meilleure gestion des flux fluidiques au regard des volumes des locaux équipés. Elle procure de surcroît un fonctionnement sensiblement plus confortable que ses devanciers, aussi bien en termes d'émissions sonores que de trajets de diffusion des fluides dépollués en sortie de l'appareil. Elle propose enfin une 15 configuration simple à fabriquer et à mettre en oeuvre, de surcroît économiquement intéressante. A ces effets, l'appareil de purification de l'air de l'invention, comportant classiquement une turbine d'aspiration d'air entraînée par des moyens d'entraînement motorisés et placée en aval, selon le sens d'écoulement du 20 fluide, d'au moins un élément de filtrage de particules polluantes présentes dans l'air et en amont d'au moins une ouverture de refoulement de l'air, se caractérise à titre principal en ce que la turbine est à refoulement radial. On passe d'un fonctionnement classique globalement unidirectionnel, avec les limitations précitées notamment en termes de localisation excessive 25 des jets, à une géométrie permettant un fonctionnement en 3 dimensions qui ouvre des perspectives sans commune mesure en termes de gestion spatiale des flux de fluide. Selon une caractéristique également très intéressante, la turbine présente un rapport dimensionnel diamètre/épaisseur supérieur ou égal à 6. De préférence, le rapport épaisseur/largeur de 30 l'appareil est compris entre 7,5 et 20. Ainsi, selon des configurations possibles, il peut par exemple présenter des dimensions telles que l'épaisseur est comprise entre 30 mm et 80 mm et la largeur est de l'ordre de 3040885 3 600 mm. Ces dimensions conduisent à un appareil dont l'encombrement est raisonnable, et qui peut rester discret dans l'environnement d'une pièce à vivre. Le volume de l'appareil de l'invention est par conséquent d'allure plane, bien plus réduit que celui qu'offraient les configurations existantes, et 5 offre des possibilités d'implantation beaucoup plus ouvertes. L'invention repose en substance sur l'utilisation d'une turbine à écoulement radial de grand diamètre et de faible épaisseur, ce qui permet outre les considérations volumiques précitées - d'avoir une vitesse de rotation faible de la turbine, puisque le rayon moyen significatif de la turbine 10 permet aux aubages d'avoir une vitesse relative élevée. C'est notamment cette faible vitesse d'entraînement de la turbine qui est à l'origine de la limitation du bruit de l'appareil. Plus précisément, selon l'invention, la turbine peut être placée entre une plaque support et une paroi d'allure parallèle à la plaque support et 15 comportant une grille d'entrée, l'espace délimité entre la périphérie de la plaque support et celle de la paroi à grille constituant l'ouverture de refoulement d'air. La structure est donc simple, compacte, plus facile et moins chère à produire que les appareils existants. La plaque support fait en pratique office de bâti auquel fait face la paroi 20 comportant la grille au niveau de laquelle se situe la surface filtrante, à l'intérieur de la paroi grillagée. L'aspiration se fait via cette surface filtrante, également placée en regard de la turbine et de dimensions au moins égales à celle-ci, l'air étant ensuite directement refoulé radialement par la turbine, s'échappant dans toutes les directions par la périphérie, sur une section qui 25 correspond en fait pratiquement au pourtour de la turbine multipliée par son épaisseur. Au moins un élément filtrant est donc interposé entre la grille et la turbine. Cette disposition permet une grande efficacité, puisque la surface d'aspiration peut facilement être prévue importante, sachant qu'il suffit de 30 prévoir une grille et un ou plusieurs filtres de surface au moins égale à la section transversale de la turbine. L'efficacité de la dépollution est en l'occurrence encore renforcée par le fait que la surface de refoulement est 3040885 4 elle-même conséquente. C'est cette configuration spécifique innovante qui permet en pratique de limiter la vitesse de l'écoulement au sein de l'appareil. Cette conception permet également l'usage de filtres de grande section et de structure plane en surface frontale, c'est-à-dire au niveau de la paroi 5 comportant la grille, filtres au surplus facilement remplaçables en déposant simplement la paroi frontale de l'appareil munie de la grille de l'appareil. Alors que dans la plupart des appareils de l'art antérieur, les filtres sont cylindriques, les filtres plans utilisés dans l'appareil de la présente invention conduisent de plus à un abaissement substantiel des coûts. 10 Parmi les avantages résultant de la structure de l'invention, l'utilisation d'une turbine de faible épaisseur et de grand diamètre conduit à une configuration plane de l'appareil autorisant son accrochage à une cloison ou à un plafond sans grever de manière inutile le volume. L'agencement de l'appareil dans une pièce d'habitation s'en trouve considérablement simplifié, 15 la gestion des volumes à vivre n'étant guère impactée par un tel positionnement. Idéalement, la place d'un tel appareil se trouve assez naturellement au plafond, et il peut alors intégrer des luminaires de tout type, par exemple des LEDs, voire d'autres dispositifs remplissant d'autres fonctions. 20 La turbine est actionnée par un moteur solidarisé à la plaque support, ledit moteur étant de préférence plat et placé au centre de la turbine. La grille et la plaque support sont fixées l'une à l'autre en périphérie de la turbine. De préférence encore, des moyens de type grilles ou lames sont placés dans l'ouverture périphérique de refoulement d'air. Celles-ci améliorent la 25 sécurité, puisqu'elles permettent d'empêcher le passage d'une main ou d'un doigt dans le pourtour, fonction sécuritaire qui est également assurée par la grille sur la façade de l'appareil. Selon une possibilité, ce sont des plaques intermédiaires entourant la turbine qui sont placées respectivement parallèlement à et entre la plaque 30 support et la paroi à grille, fixées l'une à l'autre, à la plaque support et à la paroi à grille par des entretoises coaxiales disposées en périphérie de la turbine. 3040885 5 Par ailleurs, l'appareil de l'invention peut comporter au moins un capteur de pollution de l'air ambiant, qui permet une automatisation de son fonctionnement, notamment au démarrage. Ainsi, lorsqu'un seuil prédéterminé de densité de particules polluantes est présent dans 5 l'atmosphère et détecté par le capteur, l'appareil de l'invention se déclenche automatiquement. Il peut également comporter une unité électronique de commande des moyens d'entraînement de la turbine, comportant un récepteur apte à recevoir des données d'une télécommande. L'appareil peut ainsi être commandé à distance. Cette électronique de commande peut 10 d'ailleurs être directement intégrée au moteur. Le caractère innovant de l'invention réside en grande partie dans l'utilisation d'une turbine à écoulement radial de grand diamètre et de faible épaisseur : cette turbine présente par exemple un disque support sur lequel sont disposées des aubes en forme de portion spiralée dont l'extrémité 15 proximale de l'axe de rotation de la turbine est orientée substantiellement en direction dudit axe, et l'extrémité distale est orientée sensiblement tangentiellement à la périphérie du disque. Plus précisément, les aubes peuvent avoir une section variable, prise dans un plan simultanément perpendiculaire au disque et, en chacun des 20 points de la portion spiralée, à la tangente à la spirale : ladite section peut ainsi présenter un profil comportant au moins une partie orientée selon un angle d'incidence aigu par rapport au disque à son extrémité proximale de l'axe de rotation, ledit profil adoptant une orientation se rapprochant de la normale au plan du disque à mesure de l'éloignement dudit axe. 25 Cette section peut par exemple présenter un profil arrondi comportant une partie d'allure parallèle au disque et une partie d'allure normale au disque à son extrémité proximale de l'axe de rotation X, la partie d'allure parallèle au disque diminuant et la partie d'allure normale au disque se redressant à mesure de l'éloignement dudit axe X, pour devenir un profil 30 principalement normal au plan du disque au voisinage de la périphérie de ce dernier. L'idée est de transformer la direction du flux d'air entrant, qui est 3040885 6 aspiré dans l'axe de la turbine, en un flux purement radial au niveau de la périphérie de l'appareil. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : 5 - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un appareil selon l'invention ; - la figure 2 en montre une vue de côté ; - les figures 3a et 3b représentent respectivement l'appareil complet, muni de sa grille, et le même dépourvu de ladite grille, laissant 10 apparaître la turbine ; - la figure 4 représente de manière très schématique le fonctionnement fluidique, les flèches représentant respectivement les directions d'aspiration et de refoulement de l'air ; - la figure 5 illustre très schématiquement le fonctionnement d'un tel 15 appareil dans le volume d'une pièce et les directions générales des flux dans l'espace du local ; - la figure 6 représente en vue perspective une turbine pouvant s'intégrer dans l'appareil de l'invention ; et - la figure 7 représente la même turbine, dépourvue de ses aubages à 20 l'exception d'un aubage résiduel, sur lequel sont placées des marques a à f correspondant au plan de sections des portions d'aube agrandies a à f En référence à la figure 1, l'appareil de l'invention se compose d'une plaque support (1), d'une turbine (2) munie de son moteur plat central (3), 25 d'une paroi (4) dotée d'une ouverture centrale circulaire obstruée d'une grille (5) et de plaques intermédiaires (6) également dotées chacune d'une fenêtre centrale (6a) dans laquelle la turbine est apte à s'inscrire, placées à intervalles réguliers entre la plaque support (1) et la paroi grillagée (4). Ces plaques intermédiaires (6) sont fixées l'une à l'autre et, aux extrémités, à la 30 plaque support (1) et à la paroi grillagée (4) au moyen d'entretoises (7) disposées aux coins de la structure. Celle-ci se présente en effet sous une forme rectangulaire, c'est-à-dire que la géométrie de la plaque support (1), 3040885 7 des plaques intermédiaires (6) et de la paroi grillagée (4) est rectangulaire, les dimensions de ces composants étant identiques. De même, les dimensions et formes de l'ouverture obstruée par une grille (5), des fenêtres (6a) et de la turbine (2) sont identiques ou similaires, en l'occurrence 5 circulaire. L'allure générale de l'appareil de l'invention apparaît bien aux figures 3a et 3b, respectivement avec et sans la plaque (4) munie de sa grille (5). L'agencement des éléments fonctionnels résultant de la conception propre à l'invention conduit à cette structure compacte, gage d'un fonctionnement simple et efficace. 10 Cette configuration fonctionne de la manière montrée en figure 4 : la turbine (2) permet une aspiration axiale et centrale selon les flèches F, aspiration qui se répartit sur la totalité de l'ouverture masquée par la grille (5), et un refoulement périphérique représenté par les flèches F' sur les quatre côtés de la structure parallélépipédique, selon une ouverture (20) de 15 refoulement qui présente en pratique quatre surfaces orientées suivant deux directions. A l'échelle d'une pièce à dépolluer, le fonctionnement est tel que représenté en figure 5. Le refoulement sur l'ensemble de la périphérie de l'appareil permet une couverture bien plus complète du volume d'air remplissant la pièce, à la fois pour ce qui concerne l'aspiration, que pour ce 20 qui a trait au refoulement d'air dépollué. L'appareil fonctionne par conséquent avec une efficacité bien supérieure aux configurations d'allure axiale existantes aspirant dans l'axe d'un conduit d'aspiration de section limitée et refoulant le fluide sous forme de jets de refoulement directionnels. La turbine est montrée, dépourvue de son moteur (3), plus 25 particulièrement en figures 6 et 7. Elle se compose principalement d'un disque support (10) muni d'aubages (11) placés sur le disque (10), présentant une forme s'apparentant à une portion de spirale. Dans un plan perpendiculaire à la fois à celui du disque (10) et à la tangente à la portion spiralée en chaque point de la courbe, la section des aubages (11) se 30 modifie sensiblement et continûment entre l'extrémité proche de l'axe de rotation X et la périphérie du disque (10). 3040885 8 Un exemple de variation continue des profils de section est représenté en figure 7: quelques sections prises régulièrement entre les deux extrémités de l'aubage (11), dénommées respectivement a, b, c, d, e, f, sont ainsi représentées en vues agrandies. Il apparaît que, à l'extrémité de 5 l'aubage (11) proximale de l'axe de rotation X, la section a présente un profil arrondi doté d'une partie (12) sensiblement perpendiculaire au disque (10) et d'une partie (13) d'allure parallèle au plan dudit disque (10). A mesure que l'on se rapproche de la section f, la partie (13) d'allure parallèle au disque (10) se réduit, alors que la partie (12) qui lui est d'allure perpendiculaire se 10 redresse. Ainsi, la section représentée en f distale du centre du disque (10) ne comporte pratiquement plus qu'une partie (12) d'allure perpendiculaire au plan du disque (10), alors que lorsque l'on remonte de la section f vers la section a, le profil s'arrondit et présente une partie (13) d'allure parallèle au disque (10) qui s'agrandit. 15 Ce profil continûment variable guide le flux d'air entrant et change sa direction, la faisant passer d'une direction initiale d'allure parallèle à l'axe de rotation X de la turbine à une direction radiale d'évacuation. L'exemple illustré au travers des figures n'est pas exhaustif de l'invention, qui englobe les variantes par exemple de forme de l'appareil, 20 étant entendu que l'ensemble garde la compacité et la simplicité de fabrication qui sont spécifiques à l'invention. REVENDICATIONS1. Appareil de purification de l'air d'une pièce d'habitation, comportant une turbine (2) d'aspiration d'air entraînée par des moyens d'entraînement motorisés (3) et placée en aval, selon le sens d'écoulement du fluide, d'au moins un élément de filtrage de particules polluantes présentes dans l'air, et en amont d'au moins une ouverture (20) de refoulement de l'air, caractérisé en ce que la turbine (2) est à refoulement radial. 2. Appareil de purification d'air selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la turbine (2) présente un rapport dimensionnel diamètre/épaisseur supérieur ou égal à 6. 3. Appareil de purification d'air selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rapport épaisseur/largeur de l'appareil est compris entre 7,5 et 20. 4. Appareil de purification d'air selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'appareil présente une épaisseur comprise entre 30 mm à 80 mm et une largeur de l'ordre de 600 mm. 5. Appareil de purification d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la turbine (2) est placée entre une plaque support (1) et une paroi (4) d'allure parallèle à la plaque support (1) et comportant une grille (5), l'espace délimité entre la périphérie de la plaque support (1) et celle de la paroi (4) comportant la grille (5) constituant l'ouverture (20) de refoulement d'air. 6. Appareil de purification d'air selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins un élément filtrant est interposé entre la grille (5) et la turbine (2). 7. Appareil de purification d'air selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la turbine (2) est actionnée par un moteur (3) solidarisé à la plaque support (1). 8. Appareil de purification d'air selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la paroi (4) comportant la grille (5) et la plaque support (1) sont fixées l'une à l'autre en périphérie de la turbine (2). 3040885 10 9. Appareil de purification d'air selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que des moyens de type grilles ou lames sont placés dans l'ouverture (20) de refoulement d'air. 10. Appareil de purification d'air selon la revendication précédente, 5 caractérisé en ce que des plaques intermédiaires (6) entourant la turbine (2) sont placées respectivement parallèlement à et entre la plaque support (1) et la paroi (4) à grille (5), fixées l'une à l'autre, à la plaque support (1) et à la paroi (4) à grille (5) par des entretoises (7) coaxiales disposées en périphérie de la turbine (2). 10 11. Appareil de purification d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur de pollution de l'air ambiant. 12. Appareil de purification d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique de commande 15 des moyens d'entraînement de la turbine (2) comportant un récepteur apte à recevoir des données d'une télécommande. 13. Appareil de purification d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la turbine (2) présente un disque support (10) sur lequel sont disposées des aubes (11) en forme de portions spiralées 20 dont l'extrémité proximale de l'axe de rotation X de la turbine est orientée substantiellement en direction dudit axe X, et l'extrémité distale est orientée sensiblement tangentiellement à la périphérie du disque (10). 14. Appareil de purification d'air selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les aubes (11) présentent une section variable, 25 prise dans un plan simultanément perpendiculaire au disque (10) et, en chacun des points de la portion spiralée, à la tangente à la spirale, ladite section ayant un profil comportant au moins une partie (13) orientée selon un angle d'incidence aigu par rapport au disque (10) à son extrémité proximale de l'axe de rotation X, ledit profil adoptant une 30 orientation se rapprochant de la normale au plan du disque à mesure de l'éloignement dudit axe. 15. Appareil de purification d'air selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite section présente un profil arrondi comportant 3040885 11 une partie (13) d'allure parallèle au disque (10) et une partie (12) d'allure normale au disque (10) à son extrémité proximale de l'axe de rotation X, la partie (13) d'allure parallèle au disque (10) diminuant et la partie (12) d'allure normale au disque (10) se redressant à mesure de l'éloignement dudit axe X, pour devenir un profil principalement normal au plan du disque (10) au voisinage de la périphérie de ce dernier.