FR2892951A1

FR2892951A1 - Dispositif de traitement d'un gaz par photocatalyse

Info

Publication number: FR2892951A1
Application number: FR0511437A
Authority: FR
Inventors: Jean Philippe Ricard; Bernard Lecamus; Maxime Ricard
Original assignee: ALCION ENVIRONNEMENT SARL
Current assignee: ALCION ENVIRONNEMENT SARL
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-05-11
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: FR2892951B1

Abstract

Dispositif de traitement d'un gaz par photocatalyse, comportant une pluralité de sources lumineuses (220, 221), un support catalytique (216) présentant au moins une surface (218A, 218B) revêtue d'un catalyseur, ladite surface (218A, 218B) étant tournée vers au moins une des sources lumineuses (220, 221).Le support catalytique (216) est cylindrique et s'étend longitudinalement le long d'un axe longitudinal (X-X'), et au moins une source lumineuse (220) n'est pas disposée sur ledit axe longitudinal (X-X').

Description

L'invention concerne un dispositif de traitement d'un gaz par

photocatalyse, comportant une pluralité de sources lumineuses, un support catalytique présentant au moins une surface revêtue d'un catalyseur, ladite surface étant tournée vers au moins une des sources lumineuses. De tels dispositifs permettent d'éliminer les polluants d'un gaz, en particulier de l'air, de manière rapide, sûre et économique. Par polluants, on entend généralement des contaminants, notamment gazeux, dont le caractère indésirable peut être dû à la toxicité pour la santé de l'organisme humain ou animal. On parle dans ce cas de désinfection. Le caractère indésirable peut aussi être attribué à des considérations de confort de la vie humaine, les contaminants gazeux n'étant pas à proprement parler toxiques ou nocifs, mais pouvant être déplaisants, en particulier par leur odeur. On parle dans ce cas de désodorisation.

Afin de traiter l'air en le purifiant, il est préférable de pouvoir détruire au moins en partie toute molécule à base d'hydrogène, de carbone, et le cas échéant d'oxygène et/ou d'hétéroatomes, tels que le soufre et l'azote, les solvants hydrocarbonés et/ou halogénés, les protéines, virus, bactéries, parfums, moisissures, pesticides, bactériophages, etc ... .

Il est connu d'avoir recours à un traitement de minéralisation, c'est-à-dire de destruction par oxydation des contaminants de l'air, en particulier de composés organiques volatils, par photocatalyse sous rayonnement ultraviolet ou visible. Un catalyseur, en particulier du dioxyde de titane TiO2 soumis à ce rayonnement, permet d'entraîner une réaction à pression ambiante, en utilisant l'oxygène de l'air comme agent d'oxydation principale, le rayonnement ayant pour fonction d'activer les particules photocatalytiques. Le traitement de l'air est particulièrement recherché dans les milieux confinés, en particulier mal ventilés tels que les habitations, les véhicules de transport (automobile, camion, avion, etc ...), et les élevages d'animaux, les zones d'entreposage, les armoires frigorifiques, etc.... Le principe de la photocatalyse consiste en ce que l'incidence de photons d'une énergie suffisante sur le dioxyde de titane (dans sa forme anatase) permet d'éjecter des électrons de la bande de valence vers la bande de conduction, et de créer ainsi un trou positif suffisamment stable et mobile, qui, en émergeant à la surface de l'oxyde, permet de créer, au contact de composés oxygénés gazeux absorbés (tels que la vapeur d'eau, l'oxygène ou l'ozone), des radicaux libres extrêmement oxydants, largement responsables des réactions observées. Les radicaux ainsi formés permettent de casser les chaînes carbonées (benzène, aldéhyde, cétone, etc ...) pour les transformer en des molécules inoffensives d'eau et de dioxyde de carbone (CO2). On connaît de tels dispositifs, en particulier dans les brevets américains US 5 790 934 et US 6 063 343 qui décrivent plusieurs modes de réalisation d'un dispositif destiné à la purification par photocatalyse d'un courant de fluide (tel que de l'eau ou de l'air). Le dispositif comprend un support catalytique ayant une ou une pluralité de surface(s) catalytique(s) sur laquelle un catalyseur est déposé. Cependant, dans ces documents, même lorsque le support catalytique présente une pluralité de surfaces catalytiques, une seule source lumineuse est prévue à l'intérieur de chaque surface catalytique. En conséquence, afin de pouvoir traiter un volume conséquent, il est nécessaire d'avoir des sources lumineuses de forte intensité lumineuse ou bien d'avoir une pluralité de supports catalytiques, ce qui entraîne un encombrement plus important des dispositifs.

En effet, on comprend que le traitement de l'air ne s'effectue que pour la portion d'air qui passe entre la source lumineuse et le support catalytique correspondant. Le but de l'invention est de fournir un dispositif de faible encombrement, préférentiellement compact, qui permet de traiter un gaz, en particulier de l'air, de manière plus efficace que les dispositifs connus. Ce but de l'invention est atteint par le fait que le support catalytique est cylindrique et s'étend longitudinalement le long d'un axe longitudinal, et par le fait qu'au moins une source lumineuse n'est pas disposée sur ledit axe longitudinal.

Ainsi, le traitement du gaz, en particulier de l'air, est plus efficace, puisque l'effet de catalyse est amplifié. En effet, la pluralité de sources lumineuses qui se trouve au regard de la surface revêtue de catalyseur permet d'avoir une intensité lumineuse globale plus importante, même en utilisant des sources lumineuses de plus faible intensité.

En outre, le fait que le support catalytique soit cylindrique permet d'avoir un encombrement limité et permet une intégration aisée du dispositif, en particulier en le combinant avec un dispositif existant de traitement de gaz, tel que par exemple un dispositif de conditionnement d'air. Par ailleurs, le dispositif est de conception simple et d'entretien aisé, pouvant être fabriqué en grande série à partir de matériaux peu coûteux en faisant appel à des techniques d'assemblage simples bien connues, et pouvant être exploité en toute sécurité pour une grande diversité de contaminants. Afin d'augmenter la capacité de traitement d'air, les sources lumineuses s'étendent préférentiellement parallèlement à l'axe longitudinal. En effet, l'air à traiter circulant entre les sources lumineuses et la surface catalytique, on comprend que plus la surface catalytique insolée est importante et plus efficace sera le traitement de l'air. Le volume d'air ainsi traité peut donc être plus important.

Afin d'augmenter la capacité de traitement d'air, une pluralité de plis longitudinaux qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal peut aussi être prévue pour augmenter la surface catalytique, tout en conservant un faible encombrement du dispositif. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à 20 la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, 25 - la figure 2 représente une vue en coupe du dispositif de la figure 1, - la figure 3 représente une vue éclatée du dispositif selon une variante, - la figure 4 représente une vue éclatée du dispositif selon une 30 autre variante, - la figure 5A représente une vue éclatée du dispositif selon une autre variante, - la figure 5B représente une vue en coupe du dispositif de la figure 5A selon les flèches VB, et 35 - la figure 6 représente une vue du dispositif selon une autre variante.

La figure 1 représente un dispositif 10 de traitement d'un gaz par photocatalyse, en particulier de l'air, qui comporte une armature extérieure 12 longitudinale, de préférence cylindrique, qui s'étend le long d'un axe longitudinal X-X' et qui présente, préférentiellement à chacune de ses extrémités libres 12A et 12B, une grille 14A et 14B. Ces grilles 14A et 14B sont des grilles de sécurité qui permettent le passage de l'air, mais empêchent un utilisateur d'insérer des objets à l'intérieur du dispositif. A l'intérieur de cette armature 12 sont agencés, tels qu'illustrés sur la figure 2, un support catalytique 16 présentant une surface catalytique 18 et deux sources lumineuses 20A et 20B. Les deux sources lumineuses 20A et 20B sont disposées à l'intérieur du support catalytique 16 qui est préférentiellement un cylindre de révolution d'axe de révolution correspondant à l'axe longitudinal X-X'. Les sources lumineuses 20A et 20B sont préférentiellement longitudinales et s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal X-X', préférentiellement symétriques par rapport à cet axe. La surface catalytique 18 correspondant à la surface intérieure du support catalytique 16, c'est-à-dire à la surface tournée vers les deux sources lumineuses 20A et 20B, est revêtue d'un catalyseur qui comporte en particulier du dioxyde de titane TiO2, tel que décrit par exemple dans le brevet FR 2 776 944. Les sources lumineuses employées sont préférentiellement des lampes à ultraviolets qui permettent une efficacité optimale de la réaction photocatalytique. La puissance respective des lampes est préférentiellement de 24 W. Afin de créer une circulation d'air forcé dans le dispositif, un ventilateur 22 peut être prévu, en particulier au voisinage de l'une des extrémités libres ; de préférence, le ventilateur 22 est disposé au voisinage de l'entrée d'air, en l'espèce vers l'extrémité 12B. On comprend que grâce au ventilateur 22, l'air est aspiré au travers de la grille 14A, circule à l'intérieur du dispositif et en particulier à l'intérieur du support catalytique 16 entre les lampes 20A et 20B et la surface catalytique 18 pour être évacué vers l'extérieur du dispositif au travers de la grille 14B. En outre, des pales de répartition 24 peuvent être prévues sur le support catalytique afin de créer des méandres et ainsi permettre une meilleure répartition de la circulation d'air au sein du dispositif.

De manière connue, afin de réduire le bruit à l'intérieur du dispositif, il peut être prévu une tuyère 26, en particulier au voisinage de l'extrémité 12B, correspondant à l'entrée d'air. Afin d'éviter la formation de certains acides (Hcl, Cl2, HF, SO2r etc ...), le dispositif peut en outre comporter un filtre à chaux ou un filtre au carbonate de sodium. Ce filtre à chaux 28 (ou au carbonate de sodium) permet, en particulier quand l'oxydation n'est pas complète, de fixer les particules de chlore et d'empêcher la formation de dérivés de chlore dans l'air. Il est préférentiellement disposé au voisinage de la sortie du dispositif, en l'espèce vers l'extrémité 12A. Le dispositif comporte en outre des moyens d'alimentation 30 de type connu permettant d'alimenter les lampes 20A et 20B, ainsi que le ventilateur 22. Le dispositif ainsi décrit est particulièrement adapté à un usage domestique pour traiter l'air confiné dans une pièce. Nous allons à présent décrire des variantes du dispositif qui permettent de traiter un volume d'air plus conséquent, en particulier pour des pièces de taille plus importante, par exemple à caractère industriel. On comprend que tous les éléments précédemment décrits, tels qu'en particulier le ventilateur, les moyens d'alimentation, les pales de répartition, le filtre à chaux, etc ... peuvent être prévus de manière analogue dans les variantes décrites ci-après. En l'espèce, la variante du dispositif illustré sur la figure 3, comporte une pluralité de sources lumineuses 120 disposées à l'extérieur et autour du support catalytique 116. Le support catalytique 116 est cylindrique de révolution autour de l'axe longitudinal X-X' et présente un rayon extérieur R116. En l'espèce, le dispositif comporte huit lampes longitudinales 120 régulièrement réparties de manière cylindrique autour du support catalytique 116. En fait, les lampes 120 se situent sur un cylindre de révolution de rayon R12o supérieur au rayon extérieur R116 du support catalytique 116. Le support catalytique 116 présente une surface extérieure 118 au regard des lampes 120 qui est recouverte de catalyseur, en l'espèce de dioxyde de titane TiO2.

Afin d'augmenter la surface recouverte sans pour autant augmenter l'encombrement du support catalytique, il est préférable que ce dernier présente des plis 119. Ces plis 119 sont préférentiellement longitudinaux et orientés parallèlement à l'axe longitudinal X-X'. Un support de filtre grillagé 115 peut être prévu en particulier à chaque extrémité du support catalytique, afin de maintenir ce dernier ainsi plié.

On comprend que les lampes pourraient se situer à l'intérieur du support catalytique 116, auquel cas pour avoir un volume traité comparable, il faudrait augmenter l'encombrement du dispositif, en augmentant en particulier la taille du support catalytique. Dans ce cas, on comprend que ce serait la surface intérieure 118B qui serait alors recouverte de catalyseur. Les lampes 120 sont préférentiellement enfichées dans un support 132 prévu à cet effet. Ce support 132 peut en outre servir à maintenir et maintenir le support catalytique 116 en place dans le dispositif. Comme décrit précédemment, le dispositif comporte une armature 112 qui permet de confiner l'ensemble formé par les lampes et le support catalytique. L'armature 112 présente à chacune de ses deux extrémités 112A et 112B, une grille 114A et 114B, qui en l'espèce présente des pales permettant ainsi à chaque grille de jouer son rôle de sécurité, mais aussi de déflecteur. Ces grilles 114A et 114B peuvent être maintenues contre l'armature 112 à l'aide de tous moyens connus, par exemple à l'aide d'un collier rapide 134. Le filtre 128, de préférence à chaux, est dans ce cas préférentiellement disposé contre la grille 114A située à l'extrémité de sortie 112A de l'air dans le dispositif. Afin d'augmenter la capacité de traitement d'air, le dispositif tel qu'illustré sur la figure 4 se distingue de celui de la figure 3 en ce qu'au moins une lampe supplémentaire est disposée à l'intérieur du support catalytique 216, en plus des lampes 220 disposées autour du support catalytique 216. En l'espèce, une lampe longitudinale 221 est disposée coaxialement avec le support catalytique 216, le long de l'axe longitudinal X-X' Le support catalytique 216 présente alors à la fois une surface extérieure 218A et une surface intérieure 218B, toutes deux revêtues d'un catalyseur. En remplacement de la lampe 221 unique située à l'intérieur du support catalytique, il peut être prévu une pluralité de lampes. En effet, la lampe coaxiale 221 peut être remplacée par deux lampes telles qu'illustrées sur la figure 2 par exemple, ou par une pluralité de lampes disposées de manière cylindrique, en tous les cas situées à l'intérieur du support catalytique. Afin d'optimiser la réaction catalytique, le dispositif peut en outre comporter un support catalytique additionnel 334 disposé autour des sources lumineuses, tel qu'illustré sur la figure 5A. Les deux supports catalytiques 316 et 334 sont préférentiellement cylindriques de révolution et le support catalytique additionnel 334 est alors préférentiellement disposé coaxialement avec le support catalytique 316, le long de l'axe longitudinal X-X'. Les sources lumineuses comportent au moins une lampe située à l'intérieur du support catalytique 316 et une pluralité de lampes situées à l'extérieur du support catalytique 316, mais à l'intérieur du support catalytique 334 additionnel.

A cet effet, le support catalytique additionnel 334 présente un rayon intérieur R334 qui est supérieur d'une part, au rayon extérieur R316 du support catalytique 316 et, d'autre part, au rayon R32o des lampes 320, tel que mieux visible sur la figure 5B. En fait, on a la relation suivante : R316 R320 <_ R334.

Le support catalytique 316 comporte une surface extérieure 318A et une surface intérieure 318B toutes deux préférentiellement plissées, avec des plis 319 longitudinaux s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal et toutes deux recouvertes de catalyseur de préférence de type dioxyde de titane TiO2. En ce qui concerne le support catalytique additionnel 334, lui aussi préférentiellement plissé, il suffit que sa surface intérieure 334A soit recouverte de catalyseur, puisque seule cette surface est en regard de sources lumineuses. Pour augmenter l'efficacité du dispositif, ce dernier ne comporte pas une lampe centrale coaxiale, mais comporte préférentiellement deux lampes 321 situées à l'intérieur du support catalytique 316. De ce fait et pour assurer une meilleure homogénéité de l'intensité lumineuse à l'intérieur du support catalytique 316, aucune des deux lampes n'est située sur l'axe longitudinal X-X', mais les deux lampes 321 sont orientées parallèlement à ce dernier.

On comprend qu'il est ainsi possible d'augmenter la capacité volumique de traitement d'un gaz, en multipliant, dans la limite de l'encombrement disponible, le nombre de supports catalytiques, préférentiellement disposés de manière coaxiale telle que précitée. Quelle que soit la variante envisagée, il est aussi possible d'augmenter la capacité volumique de traitement d'un gaz, en multipliant le nombre de supports catalytiques qui seraient disposés longitudinalement, l'un derrière l'autre, tel qu'illustré sur la figure 6. Dans ce cas, le dispositif comporte une pluralité d'armatures 412 reliées les unes aux autres en série. On comprend qu'à l'intérieur de chaque armature 412, une pluralité de supports catalytiques peut être disposée de manière coaxiale telle que précitée, les supports catalytiques d'une armature étant préférentiellement respectivement alignés avec les supports catalytiques de l'armature suivante et ainsi de suite pour former un ensemble longitudinal qui s'étend le long de l'axe longitudinal X-X'.15

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de traitement d'un gaz par photocatalyse, comportant une pluralité de sources lumineuses (20A, 20B ; 120 ; 220, 221 ; 320, 321), un support catalytique (16 ; 116 ; 216 ; 316) présentant au moins une surface (18 ; 118 ; 218A, 218B ; 318A, 318B, 334A) revêtue d'un catalyseur, ladite surface (18 ; 118 ; 218A, 218B ; 318A, 318B, 334A) étant tournée vers au moins une des sources lumineuses (20A, 20B ; 120 ; 220, 221 ; 320, 321), caractérisé en ce que le support catalytique (16 ; 116 ; 216 ; 316) est cylindrique et s'étend longitudinalement le long d'un axe longitudinal (X-X'), et en ce qu'au moins une source lumineuse (20A, 20B ; 120 ; 220, 221 ; 320, 321) n'est pas disposée sur ledit axe longitudinal (X-X').

2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un filtre à chaux (28 ; 128 ; 228 ; 328).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les sources lumineuses (20A, 20B ; 120 ; 220, 221 ; 320, 321) s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal (X-X').

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support catalytique (16 ; 116 ; 216 ; 316) présente une pluralité de plis longitudinaux qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal (X-X').

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support catalytique (16 ; 116 ; 216 ; 316) est un cylindre de révolution.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de sources lumineuses (120 ; 220 ; 320) disposées à l'extérieur et autour du support catalytique (116 ; 216 ; 316).

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support catalytique (216 ; 316) présente une surface intérieure (218B ; 318B) et une surface extérieure (218A ; 318A), toutes deux revêtues d'un catalyseur, et en ce que le dispositif comporte au moins une source lumineuse (221 ; 321) àl'intérieur du support catalytique (216 ; 316) et au moins une source lumineuse (220 ; 320) à l'extérieur du support catalytique.

8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une source lumineuse est coaxiale (221) avec le support catalytique (216) et une pluralité de sources lumineuses (220) est disposée de manière cylindrique autour du support catalytique (216).

9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un support catalytique additionnel (334) disposé autour des sources lumineuses (320, 321) et en ce que le support catalytique additionnel (334) est disposé coaxialement avec le support catalytique (316).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux sources lumineuses (20A, 20B ; 120 ; 321) situées à l'intérieur du support catalytique (16 ; 316).

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sources lumineuses (20A, 20B ; 120 ; 220, 221 ; 320, 321) comportent chacune une lampe à ultraviolets.

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur comporte du dioxyde de titane TiO2.