Brevet FR3051724A1 — publié le 20171201

DISPOSITIF DE FILTRATION D'AIR POUR SYSTEME DE VENTILATION/CLIMATISATION DE VEHICULE AUTOMOBILE [1] L'invention concerne un dispositif de filtration d'air destiné à filtrer un flux d'air, en particulier issu d'un système de ventilation ou de climatisation, entrant dans un habitacle de véhicule, notamment de véhicule automobile. [2] La présente invention vise l'élimination ou la diminution du taux de gaz polluants dans un flux d'air entrant dans l'habitacle d'un véhicule. Cet air entrant dans l'habitacle est en particulier issu d'un système de ventilation du véhicule, et les gaz polluant comprennent notamment des composés organiques volatils ou tout composé cancérogène ou mutagène toxique. [3] De manière connue, un véhicule automobile comprend un système de gestion de l'air au sein de l'habitacle du véhicule afin d'assurer le confort des passagers du véhicule automobile. Un tel système HVAC, pour Heating, Ventilation and Air-Conditioning en langue anglaise, signifiant chauffage, ventilation et climatisation, prend aujourd'hui en compte la pollution de l'air, notamment par des particules fines en suspension, dites « PM » pour « particulate matter » selon l'acronyme anglais connu de l'homme du métier, ou de type COV, pour Composés Organiques Volatils. En effet, le niveau de pollution de l'air atteint par endroit un niveau tel qu'il est désagréable, voire dangereux, pour un passager du véhicule de respirer un tel air. [4] De manière connue, un système de dépollution de l'air ambiant d'un habitacle de véhicule comprend un dispositif de filtre à air et est disposé dans le véhicule afin de filtrer l'air utilisé pour ventiler l'habitacle du véhicule. Un tel dispositif de filtre à air permet de retenir certaines particules polluantes en suspension dans l'air lors du passage de l'air à travers le filtre et ainsi limiter le niveau de pollution au sein de l'habitacle du véhicule. [5] Cependant, les dispositifs de filtres à air connus, dans ce contexte, présentent certains défauts. En particulier, il est difficile de connaître en temps réel leur niveau de saturation. [6] Ainsi, dans l'état de la technique, il est connu des dispositifs de filtres à air, destinés à filtrer des particules polluantes, notamment des composés organiques volatils, par un couplage avec une adsorption sur charbon actif. 3051724 2 [7] Cependant, les dispositifs actuels à base de charbon actif ont une efficacité limitée pour le traitement de certaines molécules organiques. D'autre part, les dispositifs de filtres à air connus ne permettent pas de disposer directement et en continu d'une indication du taux d'usure ou de saturation du dispositif de filtre à air pour ce qui concerne 5 l'adsorption des éléments à piéger. [8] Or, il est bien connu qu'un filtre perd de son efficacité lorsqu'il est saturé, le matériau filtrant, ou composé actif de filtration, chargé de piéger les particules polluantes, étant saturé et donc incapable de piéger davantage de particules polluantes. [9] Dans l'état de la technique, des dispositifs de filtres à air ont été développés pour 10 tenter de pallier cet inconvénient. Le document FR 2770179 décrit ainsi un filtre à air comprenant un indicateur de saturation du filtre, sous la forme d'une fenêtre changeant de couleur lorsque le filtre est saturé. [0010] Cependant, dans le filtre décrit dans le document FR 2770179, l'indicateur est un élément indépendant du composé actif de filtration et ne participe pas à la filtration, 15 induisant donc un surcoût. Par ailleurs, l'indicateur du niveau de saturation présente des dimensions limitées. [0011] En outre, les dispositifs de filtres à air actuels ne permettent pas d'optimiser le traitement de certains aldéhydes - cétone, du type formaldéhyde. [0012] L'invention vise donc à résoudre ces inconvénients en proposant un dispositif de 20 filtre à air intégrant, dans le composé actif de filtration qui le constitue, des moyens permettant la mesure en continu du niveau de saturation dudit dispositif de filtre à air, et donc l'indication du taux d'usure correspondant à l'utilisateur. [0013] A cette fin, le dispositif de filtre à air selon l'invention comporte un composé actif de filtration constitué à la fois de charbon actif, comme de nombreux filtres à air connus, et 25 un sol-gel comportant un additif qui, combiné à l'élément gazeux polluant à piéger, forme un composé complexe présentant une couleur distincte de celle dudit composé actif de filtration. [0014] Dans ce contexte, il est rappelé que le procédé « sol-gel » est un procédé de fabrication de matériaux solides et massifs à partir de petites molécules. Ces matériaux 30 sont en particulier des oxydes métalliques, tels que des silicates. Les matériaux fabriqués 3051724 3 par procédé « sol-gel », notamment des silicates, présentent une surface spécifique importante et homogène, ainsi qu'un fort pouvoir adsorbant. De tels matériaux obtenus par la mise en oeuvre d'un procédé sol-gel sont, de façon connue, souvent désignés sous le terme générique de « sol-gel ». L'expression « sol-gel » sera par conséquent utilisée, dans 5 ce qui suit, pour désigner de tels matériaux. [0015] Par ailleurs, les sol-gel présentant un fort pouvoir adsorbant, ces derniers sont en effet utilisables dans des dispositifs de filtres à air car ledit fort pouvoir adsorbant peut permettre de piéger des gaz polluants, notamment des composés organiques volatils. [0016] Dans le cadre de la présente invention, il est fait usage, en particulier, de sol-gel 10 présentant des caractéristiques de porosité les rendant aptes à capter des éléments polluants, notamment des composés organiques volatils. [0017] Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de filtre à air pour système de ventilation ou de climatisation de véhicule, adapté pour filtrer un flux d'air entrant dans l'habitacle du véhicule après avoir traversé ledit dispositif de filtre à air, en 15 piégeant par adsorption au moins un élément, ledit dispositif de filtre à air comprenant un composé actif de filtration comprenant à la fois une matrice en matériau filtrant de l'élément à piéger, tel que du charbon actif, et un sol-gel comportant un additif adapté pour former, en combinaison avec l'élément à piéger, un composé complexe présentant des propriétés optiques permettant l'évaluation du niveau de saturation du dispositif de filtre à 20 air. [0018] Grâce à l'invention, le dispositif de filtre à air intègre dans la masse du composé actif de filtration les moyens pour déterminer et faire connaître à l'utilisateur, en continu et en temps réel, le niveau de saturation dudit dispositif de filtre à air. [0019] Avantageusement, le composé complexe présente une couleur distincte de celle 25 du sol-gel comprenant l'additif. [0020] Selon un mode de réalisation, le composé actif de filtration est constitué d'un mélange homogène de charbon actif et de sol-gel comprenant l'additif. [0021] Selon un mode de réalisation, le composé actif de filtration est constitué d'une matrice en charbon actif comportant une pluralité de dépôts locaux de sol-gel comprenant 30 l'additif. 3051724 4 [0022] Selon un mode de réalisation, l'additif est inerte à l'eau. [0023] Selon un mode de réalisation, l'additif est du 2-dinitrophenylhydrazine. Alternativement, l'additif peut être constitué de toute substance réagissant avec le formaldéhyde et induisant un changement de couleur ou d'opacité dans le composé 5 complexé ainsi formé. [0024] Selon un mode de réalisation, l'élément à piéger est un composé organique volatil. [0025] Selon un mode de réalisation, l'élément à piéger est un aldéhyde. [0026] La présente invention vise également un ensemble de dispositif de filtre à air 10 comprenant un dispositif de filtre à air tel que précédemment décrit, ainsi qu'un lecteur optique apte à analyser la couleur du composé complexe présent le cas échéant dans le dispositif de filtre à air, et des moyens de calcul adaptés pour déterminer le niveau de saturation du dispositif de filtre à air en fonction de ladite couleur. [0027] Avantageusement, ledit lecteur optique est disposé en aval du dispositif de filtre à 15 air. [0028] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui montrent : - la figure 1, un schéma d'un habitacle de véhicule dans lequel est installé un 20 dispositif de filtre à air selon l'invention ; - la figure 2, un schéma d'un zoom sur la structure d'un composé actif de filtration d'un dispositif de filtre à air selon l'invention. [0029] Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s'attachent plus particulièrement à une mise en oeuvre du système selon l'invention au sein d'un véhicule 25 automobile. Cependant, toute mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier dans tout type de véhicule, est également visée par la présente invention. 3051724 5 [0030] La figure 1 représente un dispositif de filtre à air 10, conforme à la présente invention, adapté pour dépolluer de l'air entrant dans l'habitacle 3 d'un véhicule automobile 4. [0031] Le véhicule automobile 4 comprend typiquement un système de gestion de l'air 5 au sein de l'habitacle 3 du véhicule 4, également désigné HVAC pour Heating, Ventilation and Air-Conditioning en langue anglaise, signifiant chauffage, ventilation et climatisation. Un tel système de gestion de l'air comprend le dispositif de filtre à air 10 ainsi que des moyens de ventilation (non représentés) de l'air 2 dans l'habitacle 3. [0032] Les moyens de ventilation sont par exemple adaptés pour être alimentés en air 10 extérieur A ou en air 2 de l'habitacle 3 afin d'alimenter l'habitacle 3 en air B dépollué. Pour ce faire, de façon classique, les moyens de ventilation comprennent un aérateur par lequel de l'air B entre dans l'habitacle 3. Un tel aérateur se présente sous la forme de buses installées dans l'habitacle 3 et peut comprendre un ventilateur (non représenté) afin de faciliter la circulation de l'air. 15 [0033] Le dispositif de filtre à air 10 est généralement placé en amont des moyens de ventilation afin de dépolluer l'air 2, A avant qu'il n'entre dans l'habitacle 3. [0034] Le filtre à air 10 permet de filtrer au moins certaines particules polluantes présentes dans l'air 2, 2A alimentant les moyens de ventilation afin que l'air B entrant dans l'habitacle 3 soit sain pour les passagers du véhicule 4. Un tel filtre à air 10 peut par 20 exemple, selon l'état de la technique, être un simple filtre à charbon actif. Selon l'invention, le dispositif de filtre à air 10 est amélioré. [0035] En référence à la figure 2, le dispositif de filtre à air 10 selon l'invention présente ainsi un composé actif de filtration comprenant à la fois du charbon actif 11 et du sol-gel 12 comportant un additif, ledit sol-gel 12 comportant l'additif se présentant par exemple 25 sous la forme de dépôts locaux disposés sur la matrice en charbon actif 11. [0036] Les dépôts de sol-gel 12 intègrent ainsi un additif, adapté pour former un composé complexe une fois combiné à un élément à piéger. Ledit additif est de préférence inerte à l'eau. 3051724 6 [0037] Selon un mode de réalisation, ledit additif est constitué de 2- dinitrophenylhydrazine (substance également connue sous l'acronyme de DNPH) et/ou de tout autre agent complexant adapté. [0038] Combiné à un élément polluant à piéger dans le flux d'air A, ledit additif forme un 5 composé complexe dont les propriétés optiques, en particulier la coloration, sont exploitées pour déterminer le niveau de saturation du dispositif de filtre à air 10, par exemple par lecture optique. [0039] Grâce à l'analyse, par des moyens de calcul adaptés, de la coloration du composé complexe présent, le cas échéant, dans le dispositif de filtre à air 10, du fait de la 10 combinaison d'un élément gazeux polluant à piéger et de l'additif présent dans le sol- gel 12 intégré au composé actif de filtration, le dispositif de filtre à air 10 selon l'invention permet d'évaluer, et donc de communiquer à l'utilisateur, le niveau de saturation dudit dispositif de filtre à air 10. [0040] Il est à noter que l'invention comprend différentes méthodes d'élaboration du 15 composé actif de filtration. En particulier, ce dernier peut être entièrement préparé par procédé sol-gel avec une base carbone comprenant l'additif, ou encore, selon un mode de réalisation préféré (représenté à la figure 2), ledit composé actif de filtration peut être formé par des dépôts locaux de sol-gel comprenant l'additif sur une matrice en charbon actif existante ou par des dépôts constitués de l'additif seul sur une matrice en charbon ou 20 sur une autre matrice filtrante des composés organiques volatils, en zéolithes par exemple. [0041] Il est précisé que la présente invention peut être mise en oeuvre dans le contexte de dispositifs de filtres à air adaptés pour piéger toutes substances de la famille des composés organiques volatils aptes à former, sous certaines conditions, un composé 25 complexe présentant des propriétés optiques, en particulier provoquant un changement de couleur, exploitables, au sens de l'invention, pour déterminer le niveau de saturation desdits dispositifs de filtres à air. [0042] L'invention porte en outre sur un ensemble de dispositif comprenant un dispositif de filtre à air tel que décrit précédemment, ainsi qu'un lecteur optique disposé de 30 préférence en aval du dispositif de filtre à air et des moyens de calcul adaptés pour déterminer le niveau de saturation du dispositif de filtre à air en fonction de l'analyse de la 3051724 7 couleur du composé complexe présent le cas échéant dans le dispositif de filtre à air, ladite couleur étant déterminée par ledit lecteur optique. [0043] En pratique, à chaque démarrage d'un système comprenant l'ensemble de dispositif de filtre à air selon l'invention, une lecture optique est réalisée pour mesurer le 5 taux de saturation du dispositif de filtre à air. La valeur ainsi calculée est affichée sur un écran de visualisation d'une interface homme-machine, à destination de l'utilisateur. Par exemple, il est affiché un pourcentage de saturation en vert, orange ou rouge, en fonction du taux de saturation, de façon à informer l'utilisateur de l'efficacité de la filtration, en particulier des composés organiques volatils. Un couplage est prévu pour une 10 détermination de la perte de charge induite pour le système de ventilation/climatisation concerné, avec indication éventuelle du niveau de saturation du dispositif de filtre à air et préconisation d'une opération de maintenance à réaliser. [0044] Le positionnement du lecteur optique en aval du dispositif de filtre à air est préféré, pour obtenir une meilleure protection de la cellule de détection du lecteur optique, 15 mais un positionnement dudit lecteur optique en amont du dispositif de filtre à air est néanmoins possible. [0045] II est précisé, en outre, que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS: 1. Dispositif de filtre à air (10) pour système de ventilation ou de climatisation de véhicule (4), adapté pour filtrer un flux d'air entrant (A) dans l'habitacle (3) du véhicule (4) après avoir traversé ledit dispositif de filtre à air (10), en piégeant par adsorption au moins un élément, ledit dispositif de filtre à air (10) comprenant un composé actif de filtration comprenant à la fois une matrice (11) en matériau filtrant de l'élément à piéger, tel que du charbon actif, et un sol-gel (12) comportant un additif adapté pour former, en combinaison avec l'élément à piéger, un composé complexe présentant des propriétés optiques permettant l'évaluation du niveau de saturation du dispositif de filtre à air (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le composé complexe présente une couleur distincte de celle du sol-gel (12) comprenant l'additif. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le composé actif de filtration est constitué d'un mélange homogène de charbon actif (11) et de sol-gel (12) comprenant l'additif. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le composé actif de filtration est constitué d'une matrice en charbon actif comportant une pluralité de dépôts locaux de sol-gel comprenant l'additif. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'additif est inerte à l'eau. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'additif est du 2- dinitrophenylhydrazine. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément à piéger est un composé organique volatil. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément à piéger est un aldéhyde. 9. Ensemble de dispositif de filtre à air comprenant un dispositif de filtre à air (10) selon l'une des revendications précédentes, un lecteur optique apte à analyser la couleur du 3051724 9 composé complexe présent le cas échéant dans le dispositif de filtre à air (10), et des moyens de calcul adaptés pour déterminer le niveau de saturation du dispositif de filtre à air (10) en fonction de ladite couleur. 10. Ensemble de dispositif de filtre à air selon la revendication précédente, dans lequel le 5 lecteur optique est disposé en aval du dispositif de filtre à air (10).