FR2888119A1 - Module de purification d'air photocatalytique - Google Patents

Abstract

Module de purification d'air photocatalytique, comprenant au moins une source (101,...,10n) de rayonnement ultraviolet.Selon l'invention, ladite source de rayonnement ultraviolet est alimentée par un générateur (201,..., 20n) de courant continu.Application à la purification de l'air à l'intérieur ou à l'extérieur de l'habitacle d'un véhicule automobile.

Description

MODULE DE PURIFICATION D'AIR PHOTOCATALYTIQUE

La présente invention concerne un module de purification d'air photocatalytique.

L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la purification de l'air à l'intérieur ou à l'extérieur de l'habitacle d'un véhicule automobile.

Dans les véhicules automobiles, on connaît des modules de purification d'air de type photocatalytique comprenant une substance adsorbante destinée à adsorber instantanément les polluants en les piégeant dans ses pores sans les détruire. Ensuite, un agent photocatalyseur désorbe les molécules de polluant piégées sur la surface de l'adsorbant en les détruisant grâce à des réactions d'oxydation/réduction. L'agent photocalyseur est avantageusement de l'oxyde de titane (TiO2), ou tout autre oxyde métallique apte à provoquer des réactions d'oxydation/réduction sous l'effet d'un rayonnement ultraviolet (UV) produit par une source lumineuse. L'adsorbant est, de préférence, du ts charbon actif, de la zéolite ou un mélange de ces deux substances.

Les réactions de photocatalyse permettant de purifier l'air ambiant, notamment dans les véhicules automobiles, nécessitent donc des sources de rayonnement ultraviolet capables de pouvoir fournir une puissance lumineuse suffisante pour un encombrement restreint et un coût réduit. Actuellement, les sources UV les plus couramment utilisées dans cette application sont les diodes électroluminescentes (LED) UV.

La demande de brevet américain n 20020037244 décrit un module de purification d'air photocatalytique dans lequel une pluralité de diodes UV sont disposées en série avec une résistance fixe sur la tension d'alimentation.

Cependant, ce type de montage ne permet pas de contrôler parfaitement le courant traversant les LED dans la mesure où ce courant dépend fortement de la résistance série qui connaît une variation en température et une dispersion de production, ainsi que de la chute de tension directe ( forward voltage ) dans les diodes, laquelle connaît également une variation en température et une dispersion en production.

Par ailleurs, le courant traversant une LED ne doit pas dépasser en fonctionnement continu une valeur maximale dépendant de la température, cette dépendance est illustrée sur la figure 1 qui représente un graphe donnant le courant maximal en fonction de la température.

II est donc impératif de prévoir des moyens qui garantissent que le courant à travers les LED ne dépasse pas la valeur limite admissible. La demande de brevet américain précitée propose en ce sens de dimensionner la résistance série pour la valeur minimale de la chute de tension directe des diodes. II en résulte toutefois un surdimensionnement de cette résistance et io une diminution du courant qui se traduit par le fait que les LED UV du module ne produisent pas toute la puissance lumineuse qu'elles pourraient fournir, celle-ci étant une fonction croissante du courant traversant les LED UV, ainsi que l'indique le graphe de la figure 2 montrant un exemple de variations de la puissance lumineuse avec le courant dans une diode UV.

Une compensation de cette perte de puissance lumineuse constatée pour le module de purification d'air connu consisterait à augmenter en conséquence le nombre de LED UV utilisées. On comprendra cependant qu'une telle solution qui vise à multiplier le nombre de composants relativement onéreux conduit à un surcoût prohibitif.

Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un module de purification d'air photocatalytique, comprenant au moins une source de rayonnement ultraviolet, qui permettrait de limiter au strict nécessaire le nombre de sources, LED UV notamment, tout en obtenant le maximum de puissance lumineuse possible.

La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ladite source de rayonnement ultraviolet est alimentée par un générateur de courant continu.

Par générateur de courant continu, on entend, conformément à la définition habituelle, un générateur apte à fournir un courant continu d'intensité donnée quelle que soit l'impédance d'entrée du circuit à alimenter.

Ainsi, comme on le verra en détail plus loin, l'utilisation pour chaque source UV d'un générateur de courant pour l'alimenter permet d'ajuster le courant à sa valeur maximale compatible avec la température, conformément au graphe de la figure 1. Il s'ensuit que toutes les sources UV du module fournissent leur puissance lumineuse maximale. L'efficacité optimale du système de sources UV étant ainsi obtenue, il est alors possible de minimiser le nombre de sources à implanter.

S'il est besoin de s'assurer que le courant reste dans le domaine des valeurs compatibles avec la température, l'invention prévoit que ledit module comprend un interrupteur apte à couper l'alimentation de la source de rayonnement ultraviolet si le courant traversant ladite source dépasse une valeur limite.

o En particulier, ladite valeur limite de courant étant déterminée par une valeur limite de température, ledit module comprend un capteur de température couplé audit interrupteur.

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.

La figure 1 est un graphe donnant le courant maximal Imax (mA) admissible pour une diode en fonction de la température T ( C).

La figure 2 est un graphe, en coordonnées logarithmiques, donnant la puissance lumineuse P fournie par une diode, exprimée en pourcentage de la puissance fournie pour un courant de 20 mA, en fonction du courant maximal Imax (mA).

La figure 3 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'un module de purification d'air photocatalytique conforme à l'invention.

La figure 4 est un schéma d'une variante de réalisation du module de purification de la figure 3.

La figure 5 est un schéma d'un deuxième mode de réalisation d'un module de purification d'air photocatalytique conforme à l'invention.

Sur la figure 3 est représenté un module de purification d'air photocatalytique comprenant une pluralité de n sources de rayonnement ultraviolet référencées 101,...,10n Dans l'exemple de réalisation choisi, ces sources sont des diodes électroluminescentes UV.

Comme le montre la figure 3, chaque LED UV 101,...,10n est alimentée par un générateur de courant continu, portant respectivement la référence 201, ...,20n. Il est ainsi possible d'appliquer à chacune des LED UV un courant constant donné, correspondant au courant maximum acceptable compte tenu des contraintes thermiques, telles qu'elles apparaissent sur la figure 1. On obtient alors que chacune des sources UV 101,...,10n fournisse la puissance lumineuse maximum donnée sur la figure 2, réalisant de cette manière un rendement énergétique maximum permettant de limiter le nombre de LED UV au minimum nécessaire.

En particulier, on peut voir sur les figures 1 et 2 que pour un courant nominal de fonctionnement de 20 mA correspondant à une température to maximale de 50 C, la puissance relative est de 100%, alors que pour un courant de 5 mA correspondant à une température maximale de 80 C, elle n'est plus que de 20%.

Dans le mode de réalisation proposé sur la figure 3, lesdits générateurs 20i,..., 20n de courant son constitués d'une diode Zener 2l,..., 21n polarisée par la tension d'alimentation Vo à travers une résistance série 22n. Une tension de référence est ainsi appliquée à la base b d'un transistor bipolaire 23n. La tension sur l'émetteur e de ces transistors est constante et égale à VZener - Vbe, Vbe étant la chute de tension ente la base et l'émetteur. Les LED UV 10i sont disposées en amont sur le collecteur c des transistors, le courant traversant chaque LED est alors constant et égal à (VZener - Vbe)/Ri (i=1,...,n), R; représentant de manière générique l'ensemble des résistances reliant les émetteurs e des transistors à la masse et dont la figure 3 montre les représentants RI et Rn. En choisissant convenablement chaque résistance R;, on peut ajuster le courant dans chaque source UV à la valeur optimale, telle qu'elle est fournie par la figure 1.

Bien entendu, une seule diode Zener pourrait être utilisée pour fournir une référence de tension aux transistors bipolaires 23n. Dans ce cas, toutes les bases b des transistors sont reliées entre elles.

Si la température de fonctionnement du module doit varier à l'intérieur 30 d'une certaine plage, par exemple entre -40 C et 80 C, deux stratégies sont possibles: - dimensionner les générateurs de courant à la valeur de courant correspondant à la limite haute de la plage de température. Dans l'exemple choisi, la température maximum est 80 C, ce qui conduit à fixer le courant traversant les LED à 8 mA (voir figure 1), la puissance lumineuse fournie par chaque source est alors de 45 environ en valeur relative (voir figure 2). - dimensionner les générateurs de courant à la valeur de courant correspondant à une température de consigne inférieure à la limite haute de la plage de température et prévoir un interrupteur destiné à couper l'alimentation des LED dès que la température de consigne est atteinte. Dans ce contexte, on peut fixer par exemple cette température de consigne à 50 C. La figure 1 indique que le courant optimal des LED UV est alors de 20 mA pour une o puissance lumineuse restituée de 100 en valeur relative (voir figure 2), soit un gain d'un facteur supérieur à 2 par rapport à la stratégie précédente. Comme indiqué plus haut, un interrupteur coupe l'alimentation des LED UV si la température de 50 C est atteinte, ce qui est acceptable d'un point de vue photocatalyse dans la mesure où la durée d'utilisation à une température supérieure à 50 C est restreinte.

La figure 3 donne un exemple de réalisation d'un interrupteur pouvant convenir à la deuxième stratégie qui vient d'être exposée.

Une résistance 30 à coefficient de température négatif permet d'effectuer une mesure de la température ambiante. Cette information de température est transmise à un microcontrôleur 40, lequel commande en conséquence un interrupteur 50 disposé en série entre la source de tension Vo et l'ensemble des diodes UV 101,...,10n.

Sur la figure 4 est illustrée une variante du module de purification d'air de la figure 3 qui présente l'avantage de diminuer le nombre de composants électroniques utilisés par une mise en série partielle de pluralités de diodes UV. Dans l'exemple de la figure 4, les LED UV sont mises en série par groupes de deux, ce qui dans une application automobile garantit le fonctionnement du module à partir de 9 V, la chute de tension directe pour deux LED UV en série étant inférieure à 8 V. Les n diodes UV 101,...,10n sont groupées en N=n/2 séries de 2 diodes, chacun de ces couples est alimenté par un générateur 20'x,..., 20'N de courant continu. Les couples 101-102,..., 10n_1-10n sont alimentés respectivement par un générateur 20'N comprenant un dispositif 21'N de mesure du courant aux bornes d'une résistance R1,..., RN en série avec chaque couple de LED UV. Ces dispositifs de mesure de courant sont, par exemple, réalisés par des amplificateurs différentiels.

La sortie des dispositifs 21'l,..., 21'N de mesure du courant est appliquée à des dispositifs 22'l,..., 22'N de contrôle linéaire intégrant un moyen de comparaison de la valeur du courant mesuré avec une valeur de consigne équivalent au point de fonctionnement voulu pour les diodes UV. La différence, ou erreur, entre ces deux valeurs est utilisée pour commander la conduction d'un transistor bipolaire Q,,..., QN afin de maintenir le courant dans o les diodes à la valeur de consigne considérée.

Le mode de réalisation de la figure 5 augmente encore le niveau d'intégration des diodes UV dans un même générateur de courant continu par l'utilisation d'une alimentation 22" à découpage commandée par un dispositif 21" de mesure de courant analogue à celui de la figure 4. L'avantage de ce type d'alimentation est qu'il permet de réduire les pertes en puissance.

L'alimentation 22" à découpage fonctionne ici en mode dit BOOST . Il s'agit d'un survolteur dont la tension générée en sortie est égale ou supérieure à la tension d'alimentation Vo. Par conséquent, pour une tension d'alimentation pouvant atteindre 16 V, ce mode de réalisation présente un réel intérêt dès que le nombre de LED UV est supérieur à 4 ou 5, ce qui est le cas de la plupart des applications.

Le pilotage du transistor Q de commutation est effectué par un dispositif 23" de modulation PWM ( Pulse Width Modulation ), c'est-à-dire par modification du rapport cyclique de conduction dudit transistor Q. Pendant la phase de conduction du transistor Q, le courant augmente linéairement dans l'auto-inductance L. La diode D étant bloquée, les LED UV 10n en série sont alimentées par la tension continue entre les armatures du condensateur C. Pendant la phase de blocage du transistor Q, le courant dans l'auto- inductance L charge par continuité le condensateur C via la diode D devenue passante. On notera que la tension aux bornes du condensateur C est supérieure à la tension d'alimentation Vo.

Le courant mesuré dans la série de LED UV est appliqué au dispositif 23" de modulation PMW qui, par un contrôle approprié du rapport cyclique de conduction du transistor Q, permet d'assurer une valeur sensiblement constante du courant dans les LED UV.

On remarquera qu'en augmentant les valeurs de la capacité du condensateur C et de l'auto-inductance L, il est possible de réduire l'amplitude des variations en dents de scie du courant d'alimentation des diodes UV.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Module de purification d'air photocatalytique, comprenant au moins une source (101,...,10n) de rayonnement ultraviolet, caractérisé en ce que ladite source de rayonnement ultraviolet est alimentée par un générateur (201,..., 20n;; 20'N; 20") de courant continu.

2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit module comprend un interrupteur (50) apte à couper l'alimentation de la source (101,...,10n) de rayonnement ultraviolet si le courant traversant ladite source dépasse une valeur limite.

io

3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que, ladite valeur limite de courant étant déterminée par une valeur limite de température, ledit module comprend un capteur (30) de température couplé audit interrupteur (50).

4. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 15 que ledit générateur (201,..., 20n) de courant comprend une diode (211,..., 21n) Zener.

5. Module selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite diode Zener (211,..., 21n) est apte à appliquer une tension sensiblement constante à la base (b) d'un transistor bipolaire (23i,..., 23n) dont le collecteur (c) est relié à ladite source (101,...,10n) de rayonnement ultraviolet.

6. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un générateur (20'i,..., 20'N) de courant continu est apte à alimenter une pluralité de sources de rayonnement ultraviolet.

7. Module selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit générateur 20'N) de courant continu comprend un dispositif (22'l,..., 22'N) de contrôle linéaire dudit courant continu commandé par un dispositif 21'N) de mesure de courant.

8. Module selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif (22'l,..., 22'N) de contrôle linéaire est apte à commander le courant d'un transistor bipolaire (Qi,..., QN) traversant lesdites sources de rayonnement ultraviolet.

9. Module selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit générateur (20") de courant continu comprend une alimentation (22") à découpage commandée par un dispositif (21") de mesure de courant.

10. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce 5 que ladite source de rayonnement ultraviolet est une diode électroluminescente UV (101,...,10n).