CH669834A5 - - Google Patents

Description

DESCRIPTION

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La présente invention concerne un procédé pour produire une suspension dans l'air de particules ultrafines de brouillard, ou microgouttelettes d'eau, permettant de mettre en suspension un nombre de particules de brouillard finement atomisées, ou microgouttelettes, supérieur à 70 x 106/m3, ce nombre étant de préférence supérieur à 35 175 x 106/m3 et même à 350 x 106/cm3. L'invention concerne également l'utilisation d'une telle suspension de particules de brouillard ultrafines pour le nettoyage de l'intérieur d'un local.

On a besoin d'air pur, exempt de poussière et de microbes, dans les hôpitaux, les usines pharmaceutiques, les ateliers de fabrication 40 de produits alimentaires, les locaux d'entreposage frigorifiques de produits alimentaires, les laboratoires, les locaux d'expérimentation, etc. Dans ce contexte, la pratique usuelle a été d'envoyer dans les locaux en question de l'air pur à travers un filtre AR ou de disposer un rideau d'air à l'entrée du local. Cependant, on rencontre des dilE- 45 cultés pour l'obtention d'air pur de qualité satisfaisante en prenant ces mesures, même en combinaison avec une chambre à douche d'air.

C'est pourquoi on considère, à l'heure actuelle, qu'il est presque impossible d'obtenir une alimentation en air ou gaz ultrapure, in- so dustriellement, dans les ateliers de fabrication de circuits intégrés à grande échelle ou à très grande échelle (circuits désignés habituellement par les initiales LSI et VLSI, respectivement), ou encore dans les ateliers de fabrication de produits biopharmaceutiques, les salles d'opération, les ateliers de nettoyage de machines de précision, les 55 ateliers de fabrication de produits alimentaires stérilisés, les entrepôts réfrigérés, etc., qui exigent un contrôle plus sévère en vue d'empêcher l'intrusion non seulement de bactéries et de virus, mais également de particules de poussière ayant des dimensions inférieures à 0,5 micron. 60

Dans ces circonstances, le but de la présente invention est de répondre à la forte demande pour un procédé permettant d'établir un degré élevé de propreté dans les entrepôts de stockage frigorifiques, les salles d'opération, les ateliers de fabrication, etc., dans de nombreux domaines de l'industrie. 65

L'invention résulte d'une étude intensive du phénomène de nettoyage de l'air par absorption au moyen de particules d'eau en suspension dans l'air, étude qui a permis de découvrir que l'on peut éliminer non seulement les fines particules de poussière en suspension dans l'air, mais même les bactéries, les champignons microscopiques, les spores et les virus, en les absorbant sur des particules de brouillard grâce à l'utilisation d'air contenant des particules d'eau, ou microgouttelettes, atomisées de façon encore plus fine, ayant des dimensions nettement plus petites que 0,5 micron, en quantités supérieures à 70 x 10e particules/m3, préférablement supérieures à 175 x 106/m3 et, de manière encore plus préférable, supérieures à 350 x 106/m3. De façon surprenante, on a également trouvé qu'une atmosphère gazeuse contenant en suspension de telles microgouttelettes finement atomisées peut présenter l'effet de nettoyage sans mouiller un objet ou un article se trouvant dans cette atmosphère, en dépit de l'existence de ces particules d'eau, du moment que celles-ci sont sous forme de microgouttelettes ultrafines. Une autre étude a révélé qu'il est possible de nettoyer de manière poussée un gaz ordinaire de façon à obtenir ce gaz dans un état ultrapropre en le faisant passer à travers une atmosphère gazeuse contenant des particules de brouillard ultrafines, ou microgouttelettes, ce qui permet d'introduire directement un tel gaz hautement nettoyé dans un local, un espace particulier ou tout autre endroit nécessitant une alimentation en un tel gaz ultrapropre.

A cet effet, le procédé selon l'invention comprend l'opération consistant à atomiser de l'eau sous forme de microgouttelettes ultrafines par injection dans une chambre d'atomisation, sous une pression de 0,294 • 105 à 5,394 • 105 Pa, en utilisant un tuyau d'injection d'eau ayant une pluralité de buses d'injection d'un diamètre de 0,2 à 8 mm contre une paroi latérale située à une distance de 10 à 150 cm de ces buses, l'opération consistant à faire passer de l'air à travers cette chambre d'atomisation, de façon à entraîner un nombre de microgouttelettes ultrafines, ayant une dimension au plus égale à 0,5 micron, supérieur à 70 x 106/m3.

De préférence, la pression dans la chambre d'atomisation est comprise entre 0,5 et 2,5 kg/cm2, le diamètre des buses d'injection est de 0,5 à 3 mm et le nombre de microgouttelettes entraînées dans l'air passant dans la chambre d'atomisation est supérieur à 175 x 106/cm3 et même à 350 x 10°/cm3.

L'utilisation de la suspension dans l'air de microgouttelettes ultrafines obtenue par le procédé selon l'invention pour le nettoyage de l'intérieur d'un local est caractérisée en ce que l'on fait circuler cette suspension dans ce local.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée qui va suivre de formes d'exécution particulières d'un appareil pour la mise en œuvre du procédé et d'une installation comprenant un tel appareil, cette description étant faite à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel:

la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un atomiseur permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention;

la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une partie médiane de l'atomiseur représenté à la figure 1 ;

la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un cyclone permettant l'enlèvement des particules d'eau;

la figure 4 est une vue similaire à la figure 1, mais représentant une autre forme d'exécution de l'atomiseur selon l'invention;

la figure 5 est une vue schématique en coupe diamétrale de la partie supérieure de l'atomiseur représenté à la figure 4;

la figure 6 est une vue schématique en coupe d'une partie moyenne de l'atomiseur de la figure 4;

la figure 7 est une vue schématique d'un dispositif de nettoyage tel qu'il est utilisé pour un atelier de fabrication de semi-conduc-teurs, dans la pratique industrielle;

la figure 8 est une vue schématique en coupe d'un échangeur thermique destiné à être raccordé à la suite de l'atomiseur, et la figure 9 est une vue schématique en coupe diamétrale d'une partie supérieure de l'échangeur thermique.

L'atomiseur selon l'invention est muni d'un tuyau d'injection d'eau contenant, par exemple, de 30 à 1500 buses d'injection ayant un diamètre de 0,2 à 8 mm, de préférence de 0,5 à 3 mm. On alimente le tuyau d'injection en eau sous forte pression et on injecte

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l'eau à travers les buses, sous une pression de 0,294-105 à 5,394-105 Pa, de préférence de 0,49 • 105 à 2,45 • 105 Pa, en faisant jaillir l'eau à travers chaque buse avec un débit de 1 à 31/min. L'eau injectée bombarde une paroi située à une distance de 10 à 150 cm des buses et elle est atomisée sous forme de microgouttelettes ultrafines, tout en introduisant dans l'atomiseur de l'air circulant à une vitesse de 15 à 50 m/s et avec un débit de 3 à 300 m3/min de façon à entraîner avec lui une quantité de microgouttelettes ultrafines, ayant un diamètre inférieur à 0,5 micron, supérieure à 70 x 106/m3, de préférence supérieure à 175 x 106/m3 et même à 350 x 106/m3.

On va maintenant décrire de façon plus précise la mise en œuvre du procédé en se référant aux dessins qui illustrent des exemples de formes d'exécution de l'appareil qui en permettent la mise en œuvre.

En se référant tout d'abord à la figure 1, qui illustre un atomiseur correspondant à la version la plus fondamentale nécessaire à la mise en œuvre du procédé, on voit que l'atomiseur 1 est muni de tuyaux d'injection d'eau 2 qui se prolongent sur les parois intérieures opposées de la chambre d'atomisation et le long de ces parois, chacun de ces tuyaux étant muni d'une multitude de buses d'injection 3 disposées de préférence en position alternée par rapport aux buses du tuyau d'injection opposé. Plus précisément, chaque tuyau d'injection d'eau est muni de 30 à 1500 buses d'injection ayant un diamètre de 0,2 à 8 mm, de préférence de 0,5 à 3 mm, afin d'injecter l'eau sous une pression de 0,294-105 à 5,394- 10s Pa, de préférence sous une pression de 0,49 • 105 à 2,45 • 105 Pa, contre la paroi intérieure opposée qui est située à une distance de 10 à 150 cm des buses.

L'eau injectée bombarde la paroi intérieure opposée et elle est atomisée sous forme de microgouttelettes ultrafines, de sorte que l'atomiseur 1 est rempli de telles particules d'eau ultrafines. D'autre part, de l'air est insufflé dans l'atomiseur 1 avec une vitesse de 15 à 30 m/s et un débit de 3 à 3000 m3/min, à travers un orifice d'introduction d'air 4, de façon à entraîner avec lui une quantité de microgouttelettes ultrafines supérieure à 70 x 106/m3 et, de préférence, supérieure à 175 x 10e/m3 et même à 350 x 10s/m3, avant sa sortie de la chambre d'atomisation par un orifice dé sortie d'air 5. Afin d'éliminer des gouttelettes de trop grandes dimensions qui pourraient également être entraînées, on introduit l'air provenant de l'orifice de sortie d'air 5 dans un cyclone 6, par l'orifice d'entrée tan-gentielle 7 de celui-ci. L'air provenant du cyclone, qui contient les particules ultrafines de brouillard, est mis en circulation vers un ou plusieurs locaux nécessitant un nettoyage et est ensuite renvoyé à l'atomiseur afin d'être remis en circulation.

Les figures 4 à 9 illustrent une autre forme d'exécution de l'atomiseur qui est muni d'un dispositif de réglage de température afin de produire de manière plus efficace la suspension de microgouttelettes ultrafines, ou particules, de brouillard.

Dans ce cas, l'atomiseur 40 présente un tuyau d'évaporation 47 d'un dispositif de réfrigération disposé en spirale sur, et le long de, la surface intérieure de sa chambre d'atomisation cylindrique 41. Le tuyau d'évaporation 47 peut être localement en position légèrement ou complètement décalée par rapport aux buses d'injection d'eau 45. Les buses d'injection 45 sont disposées de façon telle que l'eau provenant des buses respectives est pulvérisée perpendiculairement contre les parties opposées du tuyau d'évaporation 47. Le tuyau d'injection d'eau 44 est muni de 30 à 1500 buses d'un diamètre de 0,2 à 8 mm, de préférence de 0,5 à 3 mm, de façon à injecter de l'eau sous une pression de 0,294-105 à 5,394-105 Pa, de préférence de 0,49 ■ 105 à 2,45 • 10s Pa, et avec un débit de 1 à 3 1/min à travers_ chaque buse. Les buses sont placées à une distance de 10 à 150 cm de la surface de la paroi opposée. L'atomiseur est muni d'un filtre 48, d'un réservoir d'eau 49 et d'une pompe 50 disposés en série par rapport à sa partie conique 51. En conséquence, de l'eau froide est mise en circulation dans la direction indiquée par la flèche B, en passant successivement à travers le tuyau de mise en circulation d'eau 46, le tuyau d'injection 44, la partie cylindrique de l'atomiseur, sa partie conique 51, le filtre 48, le réservoir d'eau 49 et la pompe 50, dans cet ordre. Un agent réfrigérant, en particulier un agent réfrigérant à haute température (de 1° C à — 5° C) est mis en circulation à

travers le tuyau d'évaporation, dans la direction indiquée par la flèche C. On alimente l'atomiseur en air, au moyen d'un orifice d'introduction d'air 42, dans la direction de la flèche A, et cet air est refroidi tout en se chargeant en microgouttelettes de façon à former l'air porteur de brouillard désiré, que l'on évacue par un tuyau de sortie 43 afin d'être utilisé comme on le désire. Du fait que l'eau est injectée à partir des buses 45 ménagées dans le tuyau d'injection d'eau 44, sous une pression de 0,294 • 105 à 5,394 • 105 Pa, de préférence de 0,49 • 105 à 2,45 • 105 Pa, et qu'elle bombarde le tuyau d'évaporation 47 du réfrigérateur et/ou la paroi latérale de la chambre d'atomisation cylindrique 41 qui est placée à une distance de 10 à 150 cm des buses (E), elle est atomisée sous forme de microgouttelettes ultrafines et refroidie (les courants d'eau qui bombardent le tuyau d'évaporation 47 sont simultanément refroidis par échange thermique avec l'agent réfrigérant qui circule à travers le tuyau 47). De l'air est mis en circulation à travers cette atmosphère, à une vitesse de 15 à 50 m/s et avec un débit de 3 à 3000 m3/min, comme indiqué par la flèche A. Tout en entraînant avec lui les particules de brouillard ultrafines, l'air est lui-même refroidi par échange thermique avec les microgouttelettes refroidies, en formant de l'air porteur de brouillard contenant une quantité de microgouttelettes ayant des dimensions de particules de 0,5 micron, ou plus petites, correspondant à un nombre de gouttelettes supérieur à 70 x 106/m3, de préférence supérieur à 175 x 106/m3 et même à 350 x 106/m3. Dans ce cas, les gouttelettes ayant des dimensions de particules essentiellement supérieures à 0,5 micron sont séparées par l'effet de centrifuga-tion résultant de la circulation de l'air. Si nécessaire, on peut éliminer de telles gouttelettes en utilisant un cyclone.

La figure 7 illustre schématiquement un agencement complet utilisable dans le cas d'un atelier de fabrication de mémoire RAM (mémoire à accès aléatoire) de 64 kilobits. Comme décrit ci-dessus, l'air entraînant ou contenant en suspension les particules de brouillard ultrafines, qui sont produites dans l'atomiseur 40, est introduit dans le cyclone 50, comme indiqué par la flèche A, afin d'enlever les particules de grandes dimensions. Plus précisément, l'air sortant de l'atomiseur 40 est introduit dans le cyclone 50 dans une direction tangentielle, par l'intermédiaire d'un orifice de sortie qui est ménagé dans sa paroi latérale, en enlevant les gouttelettes de grandes dimensions ou de dimensions excessives, alors que l'air tourbillonne dans le cyclone de façon à préparer une suspension dans l'air de particules de brouillard ultrafines dont plus de 90% ont des dimensions de particules inférieures à 0,5 micron. L'ait contenant le brouillard en suspension est déchargé par un tuyau de sortie au centre du cyclone 50.

L'air contenant les microgouttelettes en suspension provenant du cyclone est mis en circulation à travers un tuyau P muni d'un filtre F destiné à éliminer les gouttelettes ayant des dimensions essentiellement supérieures à 0,5 micron, et envoyer dans une chambre à douche d'air 60 puis dans un local ultrapropre adjacent 70, afin de nettoyer le personnel se trouvant dans cette chambre. En concurrence, une partie de l'air contenant le brouillard en suspension est directement envoyé dans le local ultrapropre 70 afin de l'alimenter en air propre exempt de poussière et pour laver les substrats de silicium destinés à être utilisés pour la production des circuits intégrés à grande échelle (LSI). L'air utilisé dans la chambre de haute propreté 70 est prélevé par l'intermédiaire d'un tuyau P et d'un ventilateur F, afin d'être renvoyé dans l'atomiseur 40, et l'on répète ensuite le cycle opératoire qui vient d'être décrit. Il s'est confirmé que, grâce à la mise en œuvre de ce procédé, on peut maintenir l'air se trouvant dans la chambre de haute propreté dans un état extrêmement propre correspondant à moins d'une particule de poussière ayant des dimensions de 0,5 micron, ou davantage, dans un volume de 0,0283 m3. Si l'on considère que le nombre de particules de poussière qui se trouvent habituellement en suspension dans 0,566 m3 d'air d'un atelier de fabrication ordinaire est de plusieurs dizaines de milliers, on comprendra que le procédé selon la présente invention est d'une excellente efficacité.

L'air contenant en suspension les microgouttelettes peut être mis en circulation à travers un échangeur thermique 100, tel qu'illustré

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aux figures 8 et 9, cet échangeur étant placé en aval du cyclone 50, afin d'élever la température de l'air jusqu'à un niveau optimal. L'échangeur thermique 100 est agencé de la manière qui va être décrite. Son enceinte 101 est munie, en position centrale, d'un tuyau d'évacuation d'air vertical 105 qui communique à son extrémité supérieure avec un tuyau 105' disposé à l'extérieur de l'enceinte. En conséquence, l'air provenant d'un tuyau d'introduction d'air 104 tourbillonne à l'intérieur de l'enceinte 101 au fur et à mesure de son écoulement vers le bas et il entre ensuite dans le tuyau d'évacuation d'air 105 à travers son extrémité inférieure et monte dans la direction indiquée par la flèche. L'intérieur du récipient 101 est muni d'un tuyau extérieur 106. et d'un tuyau intérieur 107 dont les extrémités inférieures sont mises en communication avec une pompe 108 qui est placée au-dessous de l'enceinte 101. On fait passer de l'eau chaude ou froide à travers ces tuyaux et on l'évacué à partir des extrémités d'évacuation supérieures 109 et 110. Dans ces parties supérieures et inférieures, l'enceinte 101 est munie d'un grand nombre de buses d'injection d'eau Illa et 111b, dans un tuyau d'eau de lavage 111, en des positions situées au-dessus ou au-dessous des rangées verticales des hélices des tuyaux 106 et 107, afin de pulvériser l'eau de lavage en direction des tuyaux 106 et 107, des surfaces intérieures de l'enceinte 101 et des surfaces extérieures du tuyau d'évacuation d'air 105. Sous une partie conique 102 se trouve un tuyau d'évacuation 112' pour l'évacuation de l'eau de lavage ainsi que de l'écoulement provenant du refroidissement du gaz. En conséquence, l'air qui entre dans l'enceinte 101 à travers l'orifice d'introduction d'air 104 est débarrassé de la poussière ou des matières similaires par son effet de cyclone et chauffé ou refroidi par les tuyaux 106 et 107 jusqu'à une température optimale. L'air se trouvant à la température optimale est évacué par le tuyau d'évacuation d'air 105. Les poussières ou impuretés séparées sont éliminées par lavage au moyen de l'eau qui est amenée par le tuyau d'eau de lavage 111 et injectée par les buses Illa, 111b, etc.

L'air traité de cette manière contient en suspension un grand nombre de microgouttelettes ultrafines dont la plupart sont plus petites que 0,5 micron, de sorte qu'il peut être convenablement utilisé pour un traitement de purification d'un local ou le nettoyage de différents objets ou articles.

5 Les microgouttelettes ultrafines ayant des dimensions de particules inférieures à 0,5 micron, qui sont utilisées dans le procédé selon la présente invention, ont une tension superficielle extrêmement faible de sorte qu'elles adhèrent facilement aux particules de poussière qui flottent dans l'air et s'agglomèrent en particules de plus io grandes dimensions ayant évidemment des poids augmentés et pouvant être facilement balayées par des courants d'air. En particulier, grâce à l'utilisation de microgouttelettes ultrafines, le procédé selon l'invention permet d'éliminer non seulement des particules de poussière extrêmement fines, mais également des bactéries et des 15 virus, de sorte que ce procédé a une remarquable efficacité pour le nettoyage d'un local, aussi bien du point de vue physique que biologique. Pour l'élimination des virus, la pratique usuelle a été d'utiliser un filtre à air ou un dispositif du même genre qui est toutefois incapable d'éliminer par filtration des virus ayant des dimensions aussi 20 petites que 0,5 à 0,01 micron. Plus précisément, on a moins tendance à attraper un rhume dans une pièce nettoyée par le procédé selon la présente invention et, en conséquence, ce procédé convient particulièrement pour l'application dans des hôpitaux, des pharmacies, des laboratoires, des maternités, etc.

25 En outre, le procédé selon l'invention, avec sa faculté particulière d'éliminer les bactéries, convient également à l'utilisation dans les ateliers de fabrication de produits alimentaires, pour le lavage des aliments ou des appareils de fabrication, ou bien dans un magasin d'alimentation, un supermarché, etc., pour dégeler de la viande con-30 gelée, conserver de la salade, des légumes, des poissons frais, de la viande fraîche, etc. En particulier, le procédé selon l'invention facilite la fabrication de jambon cru en permettant d'éviter les limitations auxquelles cette fabrication a été soumise jusqu'à présent en raison du danger de contamination par des bactéries, etc.

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2 feuilles dessins

Claims (6)

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1. Procédé pour produire une suspension de microgouttelettes d'eau ultrafines dans l'air, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à atomiser de l'eau en microgouttelettes ultrafines 5 par injection de l'eau dans une chambre d'atomisation sous une pression de 0,294-105 à 5,394-105 Pa, en utilisant un tuyau d'injection d'eau comprenant une pluralité de buses ayant un diamètre de 0,2 à 8 mm, contre une paroi latérale située à une distance de 10 à

150 cm de ces buses, l'opération consistant à faire passer de l'air à io travers cette chambre d'atomisation de façon à entraîner un nombre de microgouttelettes ultrafines, ayant une dimension de particules au plus égale à 0,5 micron, supérieur à 70 x 106/m3.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression dans la chambre d'atomisation est de 0,49 -105 à 2,45 ■ 10s Pa. 15

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre des buses d'injection d'eau est de 0,5 à 3 mm.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre des microgouttelettes est au moins égal à 175 x 106/m3. 20

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le nombre des microgouttelettes est supérieur à 350 x 106/m3.

6. Utilisation de la suspension dans l'air de microgouttelettes ultrafines obtenues par le procédé selon la revendication 1 pour le nettoyage de l'intérieur d'un local, caractérisée en ce que l'on envoie 25 cette suspension dans ce local.