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Echangeur cyclonique pour la purification et la dépollution de I'air L'invention concerne un dispositif pour la purification et la dépollution de l'air.
Dans de nombreux secteurs industriels, ou à vocation spécifique (industrie électronique, des revêtements, alimentaire, pharmaceutique ou locaux hospitaliers, de cultures de cellules...) la maitrise de la qualité de l'air en terme de charge particulaire est une absolue nécessité. Contamination particulaire et microbiologique sont d'ailleurs liées, puisque l'on sait maintenant que les micro-organismes présents dans les ambiances sont presque toujours fixés sous forme de biofilms sur les particules présentes dans l'air, qui leur servent alors de support.
On considère également qu'une particule sur 10.000 est associée à une présence de biocontaminant. Il n'est donc pas étonnant que les systèmes de sanitation microbiologique des ambiances dans les industries dont le processus l'exige soient complètement liés à la maitrise de la charge particulaire de cet air.
Les paramètres qui permettent de contrôler cette charge bactériologique de 1'air font appel soit à la physique (filtration complétée par une action bactéricide, par UV, ionisation...) soit à la chimie de la désinfection (aérosols, bactéricides, fumigation...), ou le plus souvent une association des deux : filtration complétée par la sécuritp d'un bactéricide.
Dans la plupart des solutions développées actuellement, la f i 1 trati on reste la méthode de base qui permet de l i mi ter le nonibre de particules par unité de volume, donc par effet de proportionnalité la contamination microbiologique associée. Ces systèmes présentent l'inconvénient majeur de s'encrasser rapidement, donc de nécessiter des coùts de renouvellement considérables, sauf à voir leur efficacité
décroitre rapidement et irréversiblement.
Pour pallier les inconvénients des solutions existantes, la présente invention utilise le principe des échangeurs du type cyclonique (appelés aussi cyclones-échangeurs à serpentins) et le perfectionne de façon à atteindre le degré recherché dans la maitrise de la qualité de - 215fi ~ fi ~
Cyclonic exchanger for air purification and depollution The invention relates to a device for the purification and air pollution control.
In many industrial sectors, or with vocation specific (electronics industry, coatings, food, pharmaceutical or hospital premises, cell cultures, etc.) control of air quality in terms of particulate load is a absolute necessity. Particulate and microbiological contamination are incidentally linked, since we now know that microorganisms present in atmospheres are almost always fixed in the form of biofilms on the particles present in the air, which they then use of support.
We also consider that one particle in 10,000 is associated with the presence of biocontaminant. It is therefore not surprising that microbiological sanitation systems for atmospheres in industries whose process requires it are completely linked to the control of the particulate charge of this air.
The parameters which allow this load to be controlled bacteriological of air use either physics (filtration supplemented by a bactericidal action, by UV, ionization ...) or disinfection chemistry (aerosols, bactericides, fumigation ...), or more often a combination of the two: filtration supplemented by safety of a bactericide.
In most of the solutions currently developed, the fi 1 trati we remain the basic method which allows to limit the nonibre of particles per unit volume, so by proportionality the associated microbiological contamination. These systems present the major drawback of clogging quickly, therefore requiring considerable renewal costs, except to see their effectiveness decrease rapidly and irreversibly.
To overcome the drawbacks of existing solutions, the present invention uses the principle of exchangers of the cyclonic type (also called coil cyclones-exchangers) and improves it in order to achieve the desired degree in mastering the quality of
2 -l'air.
On connait déjà une application de ce type d'échangeur cyclonique au piègeage des vapeurs au-dessus d'un appareil de cuisson.
Cette application est décrite dans le brevet français 2.630.029 et les brevets US-4.957.520 et EP-0.338.960 correspondants.
La présente invention a des applications plus étendues et permet d'atteindre une qualité d'air beaucoup plus poussée.
Ces buts sont atteints grâce à l'invention consistant en un dispositif pour la purification et la dépollution de l'air utilisant un échangeur du type échangeur cyclonique caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen pour combiner l'action de la centrifugation cyclonique et l'action d'au moins un champ accentuateur de trajectoire sur des particules partiellement électrisées avant leur entrée dans ledit champ accentuateur.
Le procédé selon l'invention consiste en la combinaison judicieuse de principes physiques connus individuellement mais qui, combinés dans un système unique, permettent d'obtenir une très grande efficacité de dépoussiérage, donc d'assainissement microbiologique. Comme dans le cas du brevet français cité ci-dessus, le présent appareil de sanitation est autonettoyant : il n'accumule en lui-même aucune pollution grâce au ruissellement des condensats.
Suivant l'invention, le système combine un cyclone-échangeur à serpentins assurant un changement de phase dans l'air traité et une accentuation des trajectoires permettant de drainer les particules vers la périphérie par le biais de l'action d'un-champ magnétique et/ou d'un champ électrique. Les particules sont préalablement ionisées par la traversée d'un ioniseur suffisamment puissant, placé dans l'entrée tangentielle. Les particules ionisées deviennent alors sensibles aux champs magnétiques et/ou électriques qui accentueront leur élimination vers la périphérie de l'échangeur, où elles vont se trouver piégées par le ruissellement des condensats sur les serpentins et sur les parois de l'échangeur.
Le champ magnétique est généré par l'alimentation en courant 2 -the air.
We already know an application of this type of exchanger cyclonic trapping of vapors over a cooking appliance.
This application is described in French patent 2,630,029 and the US patents 4,957,520 and corresponding EP-0,338,960.
The present invention has wider applications and achieves much higher air quality.
These objects are achieved thanks to the invention consisting of a air purification and depollution device using a exchanger of the cyclonic exchanger type characterized in that it comprises further a means for combining the action of cyclonic centrifugation and the action of at least one trajectory accentuating field on partially electrified particles before entering said field accentuator.
The method according to the invention consists of the combination judicious of physical principles known individually but which, combined in a single system, allow to obtain a very large dust removal efficiency, therefore microbiological sanitation. As in the case of the French patent cited above, the present device sanitation is self-cleaning: it does not accumulate any pollution in itself thanks to the condensate runoff.
According to the invention, the system combines a cyclone-exchanger with coils ensuring a phase change in the treated air and a accentuation of the trajectories allowing to drain the particles towards the periphery through the action of a magnetic field and / or a electric field. The particles are previously ionized by the crossing of a sufficiently powerful ionizer, placed in the entry tangential. The ionized particles then become sensitive to magnetic and / or electric fields which will accentuate their elimination towards the periphery of the exchanger, where they will be trapped by the condensate runoff on the coils and on the walls of the exchanger.
The magnetic field is generated by the power supply
- 3 -continu de spires, de façon à créer une induction axiale dans le corps du cyclone.
Le champ électrique est quant à lui obtenu par la polarisation positive de plaques conductrices placées et isolées sur la périphérie du corps de l'échangeur alors que la borne négative est placée intérieurement au guide de sortie du cyclone. De cette façon, le champ électrique créé est toujours centripète : il draine donc vers la périphérie les particules ionisées en entrée.
Dans le cas où l'air traité n'est pas suffisamment humide pour créer ce ruissellement, une humidification par injection en buse d'entrée permet de charger de façon adéquate l'air en humidité afin d'obtenir le piègeage recherché après cyclonisation.
Les particules s'agglomèrent alors et ne sont plus rejetées par l'air turbulent deshumidifié qui ressort par le vortex central. Cette disposition particulière améliore considérablement l'efficacité du piègeage des particules les plus fines via une centrifugation accentuée et une agglomération par voie humide.
A la base du cyclone, les particules entrainées passent dans une chambre de récupération dont la géométrie entraine une forte diminution de la vitesse : les paticules tombent alors dans l'eau de condensation dont le niveau est maintenu constant par le fonctionnement d'un siphon.
Cette configuration, associant suivant l'invention centrifugation accentuée par l'action du champ magnétique axial et/ou électrique centripète, condensation et agglomération, puis drainage vers la base élargie, permet au système de n'accumuler aucune pollution dans la partie en contact avec l'air à traiter. Le ruissellement entraine la charge polluante vers la chambre de tranquilisation où elle s'élimine par le siphon.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description qui suit faite en référence aux figures annexées suivantes - figure 1 vue en coupe schématique d'un mode de réalisation de l'invention, WO 96/18460 PCT/FR.94/01469 - 3 -continuous turns, so as to create an axial induction in the body of the cyclone.
The electric field is obtained by the positive polarization of conductive plates placed and insulated on the periphery of the exchanger body while the negative terminal is placed internally at the cyclone outlet guide. In this way, the field created electric is always centripetal: it therefore drains towards the periphery the ionized particles at the input.
If the treated air is not sufficiently humid to create this runoff, humidification by nozzle injection inlet allows the air to be adequately charged with moisture so to obtain the desired trapping after cyclonization.
The particles then agglomerate and are no longer rejected by the turbulent dehumidified air which comes out through the central vortex. This particular arrangement considerably improves the efficiency of the trapping of the finest particles via increased centrifugation and wet agglomeration.
At the base of the cyclone, the entrained particles pass into a recovery chamber whose geometry results in a strong decrease in speed: the paticles then fall into the water condensation whose level is kept constant by operation a siphon.
This configuration, combining according to the invention centrifugation accentuated by the action of the axial magnetic field and / or centripetal electric, condensation and agglomeration, then drainage to the enlarged base, allows the system to accumulate no pollution in the part in contact with the air to be treated. Runoff causes pollutant charge to the stilling room where it is eliminated by the siphon.
The invention will be better understood using the description which follows made with reference to the following appended figures - Figure 1 schematic sectional view of a mode of realization of the invention, WO 96/18460 PCT / FR.94 / 01469
-4-- figure 2 vue partielle schématique d'un mode de réalisation d'un champ électrique utilisé dans l'invention.
L'air chargé de particules pénètre dans l'entrée tangentielle (1). Elle traverse alors un ioniseur axial (2) constitué par exemple par un filament émetteur chauffé et une surface collectrice cylindrique axiale. Le passage dans cette section entraine une ionisation partielle de l'air, les charges électriques s'absorbant préférentiellement sur les particules présentes, inertes ou non. L'air chargé entre donc dans le cyclone (3) où il subit un mouvement cyclonique classique au cours duquel les particules électrisées sont reprises par l'action d'un champ magnétique axial et/ou un champ électrique radial centripète E. Le champ magnétique est créé par les spires conductrices alimentées par la rampe (4) parcourue par un courant continu adapté. Le champ électrique radial est créé par l'alimentation du condensateur constitué par les plaques positives (13) collées sur la face interne de la paroi de l'échangeur (14) et les plaques négatives en regard (15) collées sur le collecteur d'air central (16). Les champs magnétiques et/ou électriques accentuent la trajectoire naturellement spiralée des particules dans le cyclone et conduit à un drainage particulièrement efficace des particules vers la périphérie du cyclone, et ceci quelle que soit leur taille. Ce phénomène est fondamental puisqu'il permet de diminuer considérablement le seuil de coupure du cyclone en terme de diamètre limite des particules arrêtées. A
la périphérie, les particules se trouvent alors en contact avec le serpentin froid (5) sur lequel se produit une condensation de l'eau présente naturellement (via l'humidité de l'air ambiant) ou éventuellement injectée en entrée par l'intermédiaire de la buse (6). Les particules sont alors pièaées par l'eau, agglutinées, et éjectées avec les gouttelettes d'eau sur la surface latérale (14) du cyclone sur laquelle elles ruissellent. Le ruissellement assure une double fonction piègeage des particules et autonettoyage du corps de l'échangeur.
Un dispositif de grille séparatrice permettant de séparer physiquement la chambre cyclonique (3) de la chambre de récupération des condensats (8) peut être avantageusement ajouté à quelques millimètres de WO 96/18460 2 15606(j PCT/FR94/01469 -4-- Figure 2 schematic partial view of a mode of realization of an electric field used in the invention.
Particulate air enters the tangential inlet (1). It then passes through an axial ionizer (2) constituted for example by a heated emitter filament and a cylindrical collecting surface axial. The passage in this section leads to a partial ionization air, the electric charges being absorbed preferentially on the particles present, inert or not. The charged air therefore enters the cyclone (3) where it undergoes a classic cyclonic movement during which the electrified particles are taken up by the action of a field magnetic axial and / or a centripetal radial electric field E. The field magnetic is created by the conductive turns powered by the ramp (4) traversed by a suitable direct current. The radial electric field is created by the power supply of the capacitor constituted by the plates positive (13) bonded to the internal face of the wall of the exchanger (14) and the negative plates opposite (15) glued to the collector central air (16). Magnetic and / or electric fields accentuate the naturally spiral path of the particles in the cyclone and leads to a particularly efficient drainage of particles towards the periphery of the cyclone, and this whatever their size. This phenomenon is fundamental since it allows the threshold of cyclone cut in terms of limit diameter of the particles stopped. AT
the periphery, the particles are then in contact with the cold coil (5) on which water condensation occurs naturally present (via humidity in the ambient air) or possibly injected at the inlet via the nozzle (6). The particles are then trapped by water, agglutinated, and ejected with the water droplets on the lateral surface (14) of the cyclone on which they run off. The runoff has a double function trapping of particles and self-cleaning of the exchanger body.
A separating grid device for separating physically the cyclonic chamber (3) of the recovery chamber for condensates (8) can advantageously be added to a few millimeters of WO 96/18460 2 15606 (j PCT / FR94 / 01469
-5-1a surface latérale interne du cyclone. A la base du cyclone, les particules et les gouttelettes d'eau associées passent dans la chambre de tranquilisation (8) par les ouies (7) grâce auxquelles la vitesse chute considérablement et devient presque nulle : les particules sont alors piégées à la surface (9) de l'eau de condensation dont le niveau est maintenu constant par le fonctionnement du siphon (10). Dans le même temps, l'air épuré est dirigé par le déflecteur (11) vers le vortex de sortie (12) du cyclone.
En sortie du présent dispositif, un système de filtres secs peut avantageusement compléter la purification en fonction de la classe d'air désirée. Le fonctionnement des filtres est alors grandement amélioré par rapport à un système de filtration directe : l'air est assaini et déshumidifié à l'entrée des filtres, ce qui diminue fortement leur encrassement et allonge la durée d'utilisation optimale. La maintenance et l'entretien des systèmes sont alors notablement réduits.
Le système suivant la présente invention peut utilement être mis en oeuvre seul (si par exemple l'air requis est de classe 40.000 au sens de la norme NF X 44 101-), ou en associ ati on avec une batterie de filtres complémentaires pour atteindre la classe 4.000. Les domaines d'application sont donc très vastes . salles microbiologiquement contrôlées de l'industrie alimentaire ou pharmaceutique, salles blanches de l'industrie des composants et des surfaces, salles stériles pour le milieu hospitalier.
Il peut aussi préparer avantageusement une filtration compl-émentaire conduisant à de l'air stérile recherché pour certaines applications.
Il faut noter que dans la plus grande partie de l'industrie alimentaire par exemple, le système suivant l'invention suffira par lui-même, pour atteindre la réduction requise de l'humidité et de la charae bactérienne. C'est le cas par exemple des salles de fabrication en laiterie, salaison; abattoir, etc... -5-The internal lateral surface of the cyclone. At the base of the cyclone, the particles and the associated water droplets pass into the tranquility (8) by the gills (7) thanks to which the speed drops considerably and becomes almost zero: the particles are then trapped on the surface (9) of condensed water, the level of which is kept constant by the operation of the siphon (10). In the same time, the purified air is directed by the deflector (11) towards the vortex of cyclone outlet (12).
At the outlet of this device, a system of dry filters can advantageously complete the purification depending on the class desired air. The functioning of the filters is then greatly improved compared to a direct filtration system: the air is sanitized and dehumidified at the inlet of the filters, which greatly reduces fouling and lengthens the optimal duration of use. The maintenance and upkeep of the systems are then considerably reduced.
The system according to the present invention can usefully be used alone (if for example the required air is of class 40,000 at sense of standard NF X 44 101-), or in association with a battery of additional filters to reach class 4.000. Fields are therefore very broad. microbiologically rooms controlled by the food or pharmaceutical industry, clean rooms of the components and surfaces industry, sterile rooms for the hospital environment.
It can also advantageously prepare a filtration additional leading to sterile air sought for some applications.
It should be noted that in most of the industry food for example, the system according to the invention will suffice by itself, to achieve the required reduction in humidity and bacterial charae. This is the case for example in manufacturing rooms dairy, salting; slaughterhouse, etc ...