Brevet FR3066406A1 — publié le 20181123

PROCEDE DE FILTRATION D'UN MELANGE GAZEUX TRANSITANT DANS UNE CANALISATION OU DE L'AIR AMBIANT ET DISPOSITIF CORRESPONDANT DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention concerne tout aussi bien le domaine des émissions canalisées de mélange gazeux, c'est-à-dire un flux de mélange gazeux dans une canalisation que le domaine de la qualité de l'air intérieur. En effet le dispositif sujet de cette demande de brevet permet de filtrer les poussières, particules ou tous types d'aérosols contenu dans l'air ambiant ou dans une émission canalisée de mélange gazeux. Il est connu et reconnu que l'air ambiant contient des particules ou poussières encore appelées aérosols à différents niveaux de concentration et que l'assainissement de cet air ambiant est un objectif dans de nombreuses applications. De plus bon nombre de procédés industriels aux premiers rangs desquels les 20 procédés de combustions, raffinage ou encore traitement des déchets sont émetteurs d'une pollution de particules/poussières dans un écoulement gazeux canalisé. Il existe sur le marché de nombreux dispositifs de filtration de l'air, chacun de 25 ces dispositifs ayant ses avantages et ses inconvénients. Le but de cette invention est de proposer un dispositif de filtration novateur se positionnant comme une alternative aux procédés de filtration actuels et remédiant à certains inconvénients bien connu des dispositifs de filtration existants tels que : 30 La filtration à haute température La perte de charge des filtres de très haute efficacité et notamment l'augmentation de cette perte de charge quand le filtre se charge de poussières et colmate. 35 - Le vieillissement, l'encrassement et le colmatage des filtres imposant leur remplacement régulier. - La maintenance régulière des installations de filtration 40 La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention vise à proposer un nouveau dispositif de filtration basée sur un principe physique innovant pour la filtration. En effet ce nouvel élément filtrant a les avantages suivants : 45 - Utilisation potentielle sur une large plage de température, typiquement de -50°C à +1000°C Filtration de l'air ambiant tout aussi bien que de mélange gazeux hautement concentré jusqu'à plusieurs g/m3 - Une perte de charge modérée (100 à 1000 Pa suivant les 50 applications) et surtout constante dans le temps 3066406 2 - Le non remplacement de ce type d'éléments filtrant, celui-ci ne se colmatant jamais et ne s'encrassant que très faiblement. Une très longue durée d'utilisation sans maintenance spécifique 5 A ce jour, les trois dispositifs de filtrations les plus utilisé à travers le monde sont : 1- Les filtres à fibres et filtres papier dont l'efficacité peut être absolue mais ceux sont des consommables qu'il faut remplacer régulièrement. 10 Ce type de filtre est un média poreux à travers lequel l'air passe, le média piégeant les particules, poussières et autres aérosols. 2- Les électro-filtres dont le principe repose sur un procédé de charge de particules qui une fois chargées peuvent être collectées par mobilité électrique. 15 3- Les cyclones dont le principe repose sur une collection inertielle des poussières dans un réservoir. L'invention a pour objet de proposer un nouveau dispositif de filtration ayant en autres comme particularité de ne pas collecter les particules, poussières ou 20 aérosols contrairement aux trois types de filtration détaillés ci-dessus. Nous appellerons ce dispositif le VFS pour « Virtual Filter System ». Ce dispositif est basé sur le principe de l'impaction virtuel couplé à une buse d'extraction calibrée (voir schéma de principe figure 1 et 3). 25 Ce nouvel élément filtrant doit être associé à un flux d'air ou flux gazeux produit par un procédé industriel, un ventilateur, une turbine ou tous autres types de dispositif permettant de créer un flux d'air ou flux gazeux non pas en extraction mais en soufflage. 30 Le flux d'air ou flux gazeux à traiter est canalisé vers l'entrée du dispositif. La distance entre l'origine du soufflage et ce nouvel élément filtrant pouvant suivant les applications être de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres. Le dispositif sujet de cette invention sera conçu et dimensionné en accord avec 35 les conditions aéraulique proposées et les performances ciblées pour les différentes applications rencontrées. En effet ce dispositif peut très bien traiter de faibles débits de l'ordre de quelques litres par minute aussi bien que des débits d'air de plusieurs milliers de m3/h. 40 Le flux d'air ou mélange gazeux à filtrer et ce quelque soit sa température, son débit et son niveau de concentration en aérosols arrive à l'entrée du dispositif VFS et suit les étapes suivantes : 45 - Le flux est canalisé dans une conduite de section fixe - Le flux est accéléré à travers une ou des buses d'accélérations ou encore orifices d'accélérations - Le flux gazeux accéléré est séparé en trois directions suivant des angles et ratios de débit bien définis : 2 flux majeurs et un flux mineur 3066406 3 - Le ratio entre les flux majeurs et le flux mineur est constant et ajusté grâce à une buse équipée d'un orifice calibré positionnée à l'extrémité de la conduite d'extraction du flux mineur. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : 10 - La figure 1 illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention - La figure 2 illustre de façon détaillée la géométrie d'un orifice d'accélération de la figure 1. 15 - La figure 3 illustre une géométrie alternative du mode de réalisation du dispositif selon l'invention. - La figure 4 représente le dispositif schématique selon l'invention associé en amont du dispositif au flux d'air en soufflage et en aval de celui à une maison pour une ventilation d'air propre. - La figure 5 représente le dispositif selon l'invention dans sa forme assemblée (vue extérieur du dispositif) En référence aux figures 1, 2 et 3, le dispositif conforme à l'invention comprend : - Un tube ou conduite d'entrée du flux (1) de diamètre ou section et longueur spécifique fonction du débit C21 (Q1 = débit d'air ou flux gazeux à filtrer). Une géométrie non cylindrique de cette partie est également possible. Cette conduite d'entrée d'air pouvant être réalisé en tous types de matière (inox, métal, aluminium, plastique ou autres matériaux). Les sens des écoulements d'air (6) ou écoulement gazeux sont indiqués sur les figures. - Un étage d'accélération (2) positionné en sortie du tube d'entrée du flux. Cet étage est typiquement sur notre exemple un disque plein percé d'un nombre de n trous cylindrique (avec classiquement l REVENDICATIONS1- Procédé de filtration/assainissement d'un écoulement gazeux canalisé ou flux d'air ayant pour objectif de produire un air ou flux gazeux épuré des particules, poussières ou encore aérosols initialement présent dans ce dernier. Le procédé comprenant des étapes consistant à : a. Canaliser un écoulement d'air ou écoulement gazeux que l'on souhaite épurer b. Accéléré ce flux d'air ou flux gazeux c. Séparer le flux d'air ou flux gazeux à épurer en trois flux bien distincts, à savoir deux flux majeurs représentant autour de 90% du flux à épurer et un flux mineur représentant autour de 10% de flux initial d. Maîtriser le débit du flux mineur grâce à une buse, généralement conique, se terminant par un orifice calibré. e. Maîtriser la perte de charge globale du dispositif afin d'obtenir le bon équilibre entre performance et consommation d'énergie f. Canaliser les deux flux majeurs et le flux mineur 2- Ce dispositif pour l'assainissement ou filtration particulaire de l'air ou autres flux gazeux se caractérise en ce qu'il comprend les ensembles d'éléments suivant : a. Une conduite d'accélération ou conduite d'écoulement du flux gazeux à traiter se terminant pas un ou des orifices d'accélération calibrés. b. Deux veines d'extractions majeures canalisées positionnées de part et d'autre de la conduite d'accélération faisant un angle de 90° avec cette dernière. c. Une conduite d'extraction mineure positionnée dans l'alignement de la conduite d'accélération se terminant en forme de buse conique dont le diamètre de l'orifice d'extraction est calculé en fonction du débit dans la conduite d'accélération afin de faire en sorte que le débit de cette conduite d'extraction mineure soit environ de 10% du débit de la conduite d'accélération du flux gazeux. 3- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il y ait une étanchéité parfaite du dispositif à un gaz ou à l'air si les quatre conduites d'écoulement (la conduite d'accélération représentant l'air ou flux gazeux à épurer, les deux conduites d'extractions majeures et la conduite d'extraction mineure) sont bouchées. 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le flux d'air ou flux gazeux à épurer est accéléré à travers une ou de multiples buses d'accélérations. 3066406 8 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le dimensionnement final du dispositif selon l'invention n'a pas de limite en taille et dépend principalement du débit à traiter passant dans la conduite d'accélération. 5 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les dimensions et notamment le diamètre de chacune de quatre conduites sont liées entre elles ainsi que la distance entre chaque conduite. 10 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau de fabrication n'est pas déterminé ou figé à condition de garder une bonne rigidité (pas de déformation particulière en dehors d'une tolérance maximale de l'ordre de 1%) dans 15 les conditions thermodynamique et environnementale d'utilisation. Le matériau de construction du dispositif selon l'invention pouvant être en autres le plastique ou tous types de métaux. 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 20 caractérisé en ce que son fonctionnement implique le passage d'un flux d'air ou flux gazeux initial au niveau de la conduite d'accélération et qu'aucun pompage ou aspiration n'est nécessaire au niveau des deux conduites d'extraction majeures et de la conduite d'extraction mineur. 25 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les deux flux majeurs épurés de particules, poussières ou autres aérosols sont la résultante de la filtration par le procédé en question d'un écoulement d'air ou écoulement gazeux et que ces deux flux majeurs épurés permettent également de purifier un air 30 intérieur ou autres volume d'air confiné, le flux mineur étant dans ce dernier cas rejeté à l'extérieur (environnement extérieur). 10-Procédé de fabrication du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une étape 35 de soudage des éléments entre eux ou de moulage de la pièce dans son ensemble. 40