FR3125109A1 - Dispositif de prélèvement et de séparation des fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils présents dans l’air - Google Patents
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Abstract
Dispositif de prélèvement, portable ou non, permettant de quantifier séparément les fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils présents dans l’air, comprenant une entrée (4) de flux d’air, une buse d’accélération (5) raccordée à l’entrée (4) de flux d’air, et une buse de collecte (6), la buse d’accélération (5) et la buse de collecte (6) s’étendant en vis-à-vis autour d’un axe commun (X) et étant espacées par une zone de séparation (7) du flux d’air, ladite zone de séparation (7) étant connectée à un plénum (8), une sortie principale (11) destinée au prélèvement de la fraction particulaire et d’une première portion de la fraction gazeuse étant raccordée à la buse de collecte (6) et une sortie secondaire (12) destinée au prélèvement d’une seconde portion de la fraction gazeuse étant raccordée au plénum (8). En outre, le plénum (8) comporte un disque d’homogénéisation (13) de la vitesse du flux d’air et la buse de collecte (6) débouchant dans ladite zone de séparation (7) au centre dudit disque d’homogénéisation (13). Figure pour l’abrégé : Fig 2
Description
La présente invention concerne, de manière générale, le contrôle de la qualité de l’air dans les lieux de travail et se rapporte, plus précisément, à l’évaluation de l’exposition professionnelle des salariés aux composés organiques semi-volatils présents dans l’air et nocifs pour la santé.
En particulier, l’invention concerne un dispositif de prélèvement pour la séparation des fractions particulaire et gazeuse de composés organiques semi-volatils présents dans l’air, en vue d’un contrôle de la qualité de l’air et de l’évaluation de l’exposition des salariés.
Un composé organique semi-volatil (COSV ou SVOC en anglais) ou aérosol semi-volatil est constitué d’une substance présente sous la forme de vapeurs et de particules. La norme NF EN 13936 définit un COSV selon sa pression de vapeur saturante, comprise entre 0,001 et 100 Pa. Ces pressions de vapeurs saturantes faibles se traduisent par la présence simultanée d’une phase condensée (liquide ou solide) et gazeuse (vapeurs) dans les conditions ambiantes de pression et température.
Certains composés organiques semi-volatils sont connus pour être dangereux pour la santé, et l’exposition humaine à ces composés nocifs est très courante. De nombreux COSV aéroportés sont prélevés et analysés afin de contrôler la qualité de l’air environnemental, de l’air intérieur et de l’air des lieux de travail. Parmi ces composés organiques, on retrouve, par exemple, les huiles de coupe, les fumées de bitume, les pesticides ou encore l’acrylamide.
Des études ont démontré que les particules et les vapeurs peuvent théoriquement avoir des taux de dépôt dans les voies aériennes totalement différents en fonction de la taille des particules inhalées et de la polarité des molécules gazeuses, capables de se solubiliser de façon plus ou moins importante dans les fluides du corps. Ainsi, des effets différents sur la santé sont attendus pour les fractions particulaire et vapeur d’un même composé.
Les particules en suspension dans l’air, de nature anthropique ou naturelle, sont classiquement nommées PM pour l’anglais « Particulate Matter », et sont classées en fonction de leur taille. Les particules présentes, telles que les PM10 (particules de diamètre aérodynamique inférieur à 10 µm) peuvent pénétrer dans la région thoracique des voies respiratoires, et sont même susceptibles d’atteindre l’espace alvéolaire pour les particules de taille suffisamment faible.
Des dispositifs connus, que l’on nomme impacteurs virtuels, permettent de séparer en fonction de leur taille les particules d’un d’aérosol présent dans un flux d’air prélevé.
Le principe de l’impaction virtuelle consiste en premier lieu à fortement accélérer le flux d’air prélevé par une buse d’accélération convergente qui débouche dans une zone de séparation où l’essentiel du flux d’air est aspiré latéralement tandis qu’une partie minoritaire du flux continue tout droit vers une buse de collecte divergente.
L’inertie des particules grossières ne leur permet pas d’accompagner la fraction d’air aspirée latéralement, ce qui fait que cet air latéral (90% du flux d’air total) ne contient que les particules fines. La part des particules grossières et la part des particules fines d’un aérosol peuvent alors être quantifiées séparément.
Cependant, les impacteurs virtuels existants ne sont pas adaptés au prélèvement et à l’évaluation de l’exposition des salariés à des composés organiques semi-volatils. En effet, les impacteurs virtuels fonctionnent avec des débits d’air importants non compatibles avec les dispositifs de collecte des particules et des vapeurs de COSV disponibles et non compatibles avec les pompes individuelles utilisées communément pour l’évaluation de l’exposition des salariés sur leur lieu de travail.
Beaucoup de méthodes de prélèvement actuelles se focalisent uniquement sur l’une des phases de l’aérosol de COSV. Or, compte tenu du fait que les phases particulaires et vapeurs présentes dans l’air sont absorbées selon des mécanismes différents par l’organisme humain, échantillonner une seule de ces deux phases résulterait en une estimation erronée de l’exposition des personnes aux composés organiques semi-volatils. Les phases particulaire et vapeur nécessitent d’être mesurées séparément.
Des techniques de prélèvement existantes utilisent notamment des supports (filtre ou plaque métallique) pour piéger les particules contenues dans le flux d’air. Ces techniques engendrent des biais de mesures importants.
D’après plusieurs études, un phénomène d’évaporation de la phase particulaire des COSV collectés a été mis en évidence et conduit à une perte de masse non négligeable au cours du prélèvement, ce qui fausse la quantification de cette phase particulaire ainsi que de la phase vapeur lorsque qu’elle est collectée consécutivement au passage de l’aérosol au travers d’un filtre.
Par conséquent, les techniques actuelles de prélèvement ne permettent pas de différencier la part des vapeurs issue de l’aérosol semi-volatil avant prélèvement et la part des vapeurs issue de l’évaporation des particules collectées au cours du prélèvement. De même, il n’est pas possible de modéliser ou calculer la fraction de la phase particulaire prélevée qui s’évapore au cours du prélèvement.
Pour ces raisons, à ce jour, il n’est pas possible de différencier la fraction particulaire de la fraction vapeur d’un aérosol semi-volatil. Actuellement, seul un résultat exprimant la somme des deux fractions peut être rendu alors qu’il serait nécessaire de connaître précisément et sans biais les quantités de particules et de vapeurs présentes dans l’air inhalable des salariés.
L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un dispositif pour le prélèvement simultané des phases particulaire et gazeuse de composés organiques semi-volatils, limitant le phénomène d’évaporation au cours du prélèvement, et conduisant à une quantification fiable de chacune de ces deux phases.
Il est donc proposé un dispositif de prélèvement et de séparation des fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils présents dans l’air, comprenant une entrée de flux d’air, une buse d’accélération raccordée à l’entrée de flux d’air, et une buse de collecte, la buse d’accélération et la buse de collecte s’étendant en vis-à-vis autour d’un axe commun et étant espacées par une zone de séparation du flux d’air, ladite zone de séparation étant connectée à un plénum, une sortie principale destinée au prélèvement de la fraction particulaire et d’une première portion de la fraction gazeuse étant raccordée à la buse de collecte et une sortie secondaire destinée au prélèvement d’une seconde portion de la fraction gazeuse étant raccordée au plénum.
En outre, le plénum comporte un disque d’homogénéisation de la vitesse du flux d’air et la buse de collecte débouchant dans ladite zone de séparation au centre dudit disque d’homogénéisation.
Avantageusement, les sorties principale et secondaire peuvent s’étendre selon des axes parallèles.
De préférence, la section du plénum passant par un plan perpendiculaire à l’axe le long duquel s’étend la sortie principale est de forme ovale.
De plus, le dispositif de prélèvement peut comprendre l’assemblage de première et deuxième parties amovibles incorporant respectivement la buse d’accélération et la buse de collecte, et dont les surfaces internes respectives délimitent le plénum.
De manière avantageuse, le dispositif de prélèvement peut comprendre au moins un moyen d’alignement des buses d’accélération et de collecte.
Selon un exemple de réalisation, l’une des première et deuxième parties comprend une ou plusieurs tiges d’alignement de la buse d’accélération et de la buse de collecte, l’autre des première et deuxième parties comprenant un logement de réception desdites tiges d’alignement.
De préférence, la buse de collecte comprend un orifice de collecte débouchant sur la zone de séparation, le diamètre de l’orifice de collecte de la buse de collecte étant compris entre 0,5D et 1,5D, où D est le diamètre de l’orifice d’accélération.
De préférence, la buse d’accélération comprend un orifice d’accélération débouchant sur la zone de séparation et une portion conique, le diamètre de la base de la portion conique étant compris entre 4D et 5D, où D est le diamètre de l’orifice d’accélération.
De préférence, la buse d’accélération comprend un orifice d’accélération débouchant sur la zone de séparation et la buse de collecte comprend une portion conique, le diamètre de la base de la portion conique de la buse de collecte étant compris entre 1,5D et 2,5D.
D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La illustre un premier mode de réalisation d’un dispositif portable de prélèvement 1 destiné, dans cet exemple, à l’évaluation de la qualité de l’air, en particulier dans le cadre d’évaluation d’expositions professionnelles, et reposant sur le principe d’impaction virtuelle pour la séparation des fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils présents dans l’air prélevé.
On ne sort pas du cadre de l’invention si le dispositif de prélèvement n’est pas un dispositif portable.
Le dispositif de prélèvement 1 peut être formé par une pluralité de parties indépendantes, amovibles, assemblées l’une à l’autre, par exemple des première et deuxième parties 2 et 3. Le dispositif de prélèvement 1 peut ainsi être démonté pour être nettoyé en vue d’une réutilisation.
Dans l’exemple illustré, la première partie 2 est une partie supérieure 2 et la deuxième partie 3 est une partie inférieure 3.
Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, le dispositif de prélèvement 1 comprend une entrée 4 de flux d’air. Une buse d’accélération 5, est raccordée à l’entrée 4 de flux d’air.
Le dispositif de prélèvement 1 comprend, en outre, une buse de collecte 6. La buse d’accélération 5 et la buse de collecte 6 s’étendent en vis-à-vis autour d’un axe X commun.
Les buses d’accélération 5 et de collecte 6 sont espacées par une zone de séparation 7 connectée à un plénum 8. La zone de séparation 7 illustrée traverse le plénum 8, entre les buses d’accélération 5 et de collecte 6.
Par plénum, on entend un espace de dimension suffisante pour assurer l’homogénéité de la pression statique au niveau de ses exutoires.
Dans l’exemple illustré, le plénum 8 est délimité par la surface interne, respectivement 9 et 10 des parties supérieure 2 et inférieure 3 amovibles lorsqu’elles sont assemblées. La partie supérieure 2 incorpore la buse d’accélération 5 et la partie inférieure 3 incorpore la buse de collecte 6.
Une sortie principale 11 destinée au prélèvement de la fraction particulaire et d’une première portion de la fraction gazeuse est raccordée à la buse de collecte 6, et une sortie secondaire 12 destinée au prélèvement d’une seconde portion de la fraction gazeuse est raccordée au plénum 8.
En outre, le plénum 8 comporte un disque d’homogénéisation 13 de la vitesse du flux d’air. La buse de collecte 6 débouche dans la zone de séparation 7, au centre du disque d’homogénéisation 13.
Le disque d’homogénéisation 13 permet d’assurer une répartition homogène de la vitesse du flux d’air autour de la zone de séparation.
Le disque d’homogénéisation 13 est, de préférence, incorporé à la surface interne 10 de la partie inférieure du dispositif de prélèvement 1.
Avantageusement, la buse de collecte 6 débouche à la surface du disque d’homogénéisation 13 et la surface du disque d’homogénéisation 13 s’étend selon un axe perpendiculaire à l’axe X le long duquel s’étend la buse de collecte 6.
Dans l’exemple illustré, les sorties principale 11 et secondaire 12 s’étendent selon des axes parallèles, respectivement X et Y. Une telle disposition permet de réduire l’encombrement du dispositif de prélèvement 1 et d’augmenter la compacité du dispositif de prélèvement 1 et ainsi d’améliorer sa portabilité. Le dispositif de prélèvement 1 peut, par exemple, être porté par un utilisateur dont la qualité de l’air de l’environnement de travail doit être analysée.
L’écoulement du flux d’air au travers du dispositif de prélèvement 1 est généré par au moins une pompe disposée en aval des sorties principale et secondaire 11 et 12.
On pourra prévoir que le dispositif de prélèvement 1 comprenne un régulateur de débit raccordé à chacune des sorties principale et secondaire 11 et 12 afin d’y appliquer un débit propre. De préférence, et à l’inverse d’un impacteur virtuel classique, le régulateur de débit est configuré pour appliquer un débit majeur à la sortie principale 11 et un débit mineur appliqué à la sortie secondaire 12.
Le flux d’air admis dans le dispositif de prélèvement 1 comprend une fraction particulaire et une fraction gazeuse. Le flux d’air admis dans le dispositif de prélèvement 1 par l’entrée 4 de flux d’air est ensuite accéléré par la buse d’accélération 5 afin de conférer aux particules une vitesse et ainsi une inertie dépendant de la masse de chacune des particules. Le flux d’air débouche ensuite dans la zone de séparation 7.
Dans la zone de séparation 7, une première partie du flux d’air continue sa trajectoire rectiligne et, entraînée par la force d’aspiration, se dirige vers la buse de collecte 6. Compte tenu de l’inertie des particules présentes dans la phase particulaire des composés organiques semi-volatils présents dans le flux d’air admis dans le dispositif de prélèvement 1, ces particules ne sont pas affectées par la force d’aspiration latérale et une première partie du flux d’air prélevé comprenant ces particules continue en ligne droite, traversant la zone de séparation 7 et pénétrant dans la buse de collecte 6. Cette première partie du flux d’air prélevé inclut ainsi la fraction particulaire ainsi qu’une première portion de la fraction gazeuse des composés organiques semi-volatils.
Une seconde partie du flux d’air prélevé bifurque latéralement, aspiré dans le plénum 8. Cette seconde partie du flux d’air constitue une seconde portion de la fraction gazeuse des composés organiques semi-volatils présents dans le flux d’air prélevé.
La circonférence du disque d’homogénéisation 13 s’étendant dans le plénum permet une répartition uniforme de la pression d’air. Le disque d’homogénéisation 13 permet ainsi d’obtenir des vitesses axisymétriques autour de la zone de séparation 7 et permet de conserver la projection des particules dans l’alignement des buses d’accélération et de collecte 5, 6 du flux d’air aspiré latéralement est contrôlée. La vitesse est homogène tout autour de la zone de séparation 7 de, ce qui diminue le dépôt des particules sur les surfaces internes 9 et 19 du plénum 8 et limite le phénomène d’évaporation des composés organiques semi-volatils.
De préférence, le débit du flux d’air est régulé de façon à ce que la fraction particulaire entraînée vers la sortie principale 11 soit supérieure ou égale à 86% du flux d’air admis dans le dispositif de prélèvement 1, et que la fraction gazeuse entraînée vers la sortie secondaire 12 représente 14% ou moins du flux d’air admis dans le dispositif de prélèvement 1.
La première partie du flux d’air incluant les particules de la phase particulaire et une première portion de la fraction gazeuse pénètrent dans la buse de collecte 6 puis rejoignent la sortie principale 11, et la seconde partie incluant la seconde portion de la fraction gazeuse pénètrent dans le plénum 8 puis rejoignent la sortie secondaire 12.
Dans l’exemple illustré, la première partie du flux d’air et la seconde partie du flux d’air sont chacune collectées d’abord sur un filtre placé dans une cassette puis sur un tube de charbon actif propres connectés en série et raccordés, respectivement, aux sorties principale et secondaire 11 et 12, afin d’être analysées séparément et de déterminer la concentration massique en composés organiques qu’elles contiennent.
De manière avantageuse, les sorties principale et secondaire 11 et 12 peuvent être formées par un conduit de section tubulaire dont les parois externes forment un cône respectant la norme de fabrication de la connectique « Luer ». Des cassettes de 25 mm de diamètre de type Milipore® peuvent ainsi s’y connecter de façon étanche pour collecter les fractions particulaire et gazeuse, respectivement aux sorties principale et secondaire 11 et 12.
De préférence, la section du plénum 8 passant par un plan perpendiculaire à l’axe X le long duquel s’étend la sortie principale 11 est de forme ovale.
Par ovale, on entend une courbe qui ne possède qu'un seul axe de symétrie et dont la révolution autour de cet axe de symétrie conduit à l’obtention d’une forme ovoïde ou forme d’œuf.
La forme ovale permet de réduire le temps de résidence de la fraction gazeuse dans le plénum.
Dans l’exemple illustré, la forme générale du dispositif de prélèvement 1 est de forme ovale, s’étendant selon le plénum 8 de façon à rendre le dispositif de prélèvement 1 plus compact.
Avantageusement, la sortie secondaire 12 est disposée de façon à déboucher dans la portion la plus étroite du plénum 8 de sorte que le flux d’air aspiré latéralement depuis la zone de séparation 7 localisée dans la portion la plus large du plénum 8, soit rapidement et aisément guidé vers la sortie secondaire 12. Le temps de présence de la fraction gazeuse dans le plénum 8 est alors réduit ce qui permet de limiter le phénomène de condensation au cours du prélèvement des composés organiques semi-volatils présents dans le flux d’air admis dans le dispositif de prélèvement 1.
De façon à limiter les risques de fuite d’air au travers du dispositif de prélèvement 1, un joint d’étanchéité 14, par exemple un joint torique, peut être disposé à l’interface des parties supérieure et inférieure, sur le pourtour extérieur du plénum 8.
Comme cela est illustré à la , le dispositif de prélèvement 1 illustré comprend une gorge 15 sur le pourtour extérieur du plénum 8 configurée pour recevoir le joint d’étanchéité 14 à l’interface des parties supérieure et inférieure 2 et 3 lorsqu’elles sont assemblées.
En outre, les première et deuxième parties, dans cet exemple les parties supérieure et inférieure 2 et 3 sont, de préférence, assemblées par un ensemble d’au moins trois moyens de fixation 16. Dans l’exemple illustré, les moyens de fixation 16 sont au nombre de cinq et sont des vis, réparties uniformément en périphérie du dispositif de prélèvement 1 de sorte que la position des moyens de fixation 16 permet d’appliquer une pression homogène tout le long du joint d’étanchéité 14.
Comme on peut le voir à la , la buse d’accélération 5 illustrée comporte avantageusement une portion conique 17 convergente qui s’étend entre un orifice d’entrée 18 de l’entrée 4 de flux d’air et un orifice d’accélération 19 cylindrique débouchant dans la zone de séparation 7.
La buse de collecte 6 illustrée comporte une portion conique 20 divergente s’étendant entre un orifice de collecte 21, débouchant sur la zone de séparation 7, et un orifice de sortie principale 22 connecté à la sortie principale 11.
Le diamètre de l’orifice d’accélération 19 de la buse d’accélération 5 est légèrement inférieur au diamètre de l’orifice de collecte 21 de la buse de collecte 6.
La sortie secondaire 12 comporte un orifice de sortie secondaire 23 débouchant dans le plénum 8.
De préférence, les dimensions du dispositif peuvent être établies par règle de proportionnalité de sorte que les dimensions des diamètres de buse d'accélération 5, de buse de collecte 6 et de la section du plénum 8 peuvent être définies et modifiées si elles conservent la même proportionnalité entre elles.
Le diamètre de l’orifice d’accélération 19 de la buse d’accélération 5 est noté D. Ci-après les dimensions sont exprimées par un multiple de D.
De préférence, le diamètre de la base de la portion conique 17 de la buse d’accélération 5 est compris entre 4D et 5D.
De préférence, le diamètre de l’orifice de collecte 21 de la buse de collecte 6 est compris entre 0,5D et 1,5D.
De préférence, le diamètre de la base de la portion conique 20 de la buse de collecte 6 est compris entre 1,5D et 2,5D.
Selon un exemple, le diamètre de la base de la portion conique 17 de la buse d’accélération 5 peut être compris entre 2 et 11mm, et le diamètre de l’orifice d’accélération 19 de la buse d’accélération 5 peut être compris entre 0,5 et 2,5mm.
Le diamètre de l’orifice d’accélération permet avantageusement d’améliorer les performances de séparation des fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils présents dans le flux d’air prélevé.
Les dimensions de la buse d’accélération 5 et de l’orifice d’accélération sont particulièrement avantageuses pour d’une part assurer une séparation optimale de la fraction particulaire et de la fraction gazeuse tout en minimisant les pertes de charge du dispositif, ce qui permet son utilisation avec des pompes de prélèvement individuel, d’autre part pour minimiser le dépôt des particules sur les parois de ceux-ci, notamment les particules de diamètre aérodynamique inférieur à 20µm présentes dans le flux d’air prélevé, et ainsi préserver la totalité des composés organiques semi-volatils dans le flux d’air traversant le dispositif de prélèvement 1.
Selon un exemple, le diamètre de l’orifice de collecte 21 de la buse de collecte 6 peut être compris entre 0,6 et 3mm, et le diamètre de la base de la portion conique 20 de l’orifice de collecte 21 peut être compris entre 1,1 et 5,6mm.
Les dimensions de la buse de collecte 6 et de l’orifice de collecte 21 permettent également d’améliorer les performances de séparation des fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils présents dans le flux d’air prélevé. Les dimensions de la buse de collecte 6 et de l’orifice de collecte 6 permettent également de limiter le dépôt des particules sur les parois de ceux-ci.
En outre, les dimensions de la buse d’accélération 5, de l’orifice d’accélération, de la buse de collecte 6 et de l’orifice de collecte 21 sont optimisées et conduisent à un usinage et à une fabrication du dispositif de prélèvement plus aisée.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, le diamètre de la base de la portion conique 17 de la buse d’accélération 5 peut être de 8mm et le diamètre de l’orifice d’accélération 19 de la buse d’accélération 5 de 1,8mm. La paroi de la portion conique 17 de la buse d’accélération 5 peut s’étendre selon un angle de 16,9° par rapport à l’axe X le long duquel s’étend la buse d’accélération 5. Le diamètre de l’orifice de collecte 21 de la buse de collecte 6 peut être de 2,1mm et le diamètre de la base de la portion conique 20 de la buse de collecte 6 de 4mm. La paroi de la portion conique 20 peut s’étendre selon un angle de 5,5° par rapport à l’axe X le long duquel s’étend la buse de collecte 6. De plus, le débit du flux d’air à la sortie principale 11 du dispositif de prélèvement 1 selon cet exemple de réalisation peut être de 1.8 L.min-1et le débit du flux d’air à la sortie secondaire 12 de 0.3 L.min-1.
Le débit d’air admis dans le dispositif de prélèvement 1 peut, avantageusement, être défini au carré de ce coefficient de proportionnalité appliqué aux dimensions des diamètres de buse d'accélération 5, de buse de collecte 6 et de la section du plénum 8, pour conserver la vitesse d'air dans le dispositif de prélèvement 1.
Un deuxième mode de réalisation est illustré aux figures 5 et 6. Les éléments communs avec le premier mode de réalisation comportent des références similaires.
De plus, le dispositif de prélèvement 1 comprend, de préférence, un ou plusieurs moyens d’alignement des buses d’accélération et de collecte 5 et 6 autour de l’axe X commun le long duquel elles s’étendent.
Les moyens d’alignement des buses d’accélération et de collecte 5 et 6 conduisent à une répétabilité et une fiabilité améliorées des mesures de concentration massiques obtenues des fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils prélevés par le dispositif de prélèvement 24.
Les moyens d’alignement des buses d’accélération et de collecte 5 et 6 conduisent en outre à minimiser le dépôt des particules sur les parois internes du dispositif de prélèvement 24, notamment dans le plénum 8.
Par exemple, l’une des parties supérieure et inférieure 2 et 3 comprend au moins un moyen d’alignement pour l’alignement des buses d’accélération et de collecte 5 et 6, et l’autre des parties supérieure et inférieure 2 et 3 comprend au moins un logement de réception du moyen d’alignement.
Dans l’exemple illustré, la partie supérieure 2 comporte deux tiges d’alignement 25 et 26, et la partie inférieure 3 comprend deux logements de réception 27 des tiges d’alignement 25 et 26. L’extrémité libre des tiges d’alignement 25 et 26 forment une butée déterminant l’espacement et la position des buses d’accélération et de collecte 5 et 6 qui sont de ce fait indépendants de l’étape de montage et notamment de la force de serrage appliquée aux moyens de fixation 16, dans cet exemple des vis. Les moyens d’alignement des buses d’accélération et de collecte 5 et 6 permettent une meilleure répétabilité des mesures obtenues par le dispositif de prélèvement 24.
Selon une alternative, les tiges d’alignement 25 et 26 peuvent également être des tiges indépendantes des parties supérieure et inférieure 2 et 3 du dispositif de prélèvement 1. Les tiges d’alignement 25 et 26 peuvent alors être incorporées dans un logement de réception sur la partie supérieure 2 et dans un logement de réception 27 sur la partie inférieure 3. Seul l’un des logements de réception 27 est visible sur les figures.
Dans cet exemple, les sorties principale et secondaire 11 et 12 du dispositif de prélèvement 24 sont respectivement formées par des première et deuxième pièces 28 et 29 amovibles et indépendantes des parties supérieure et inférieure. Ceci permet notamment de pouvoir adapter la configuration des sorties principale et secondaire 11 et 12.
L’entrée 4 de flux d’air peut également être formée par une troisième pièce 30 amovible.
Les première, deuxième et troisième pièces 28, 29 et 30 peuvent être raccordées aux première et deuxième parties 2 et 3 aux moyens de vis 31.
De préférence, un joint d’étanchéité 32, 33 et 34 s’étend respectivement entre les sorties principale et secondaire 11 et 12 et la deuxième partie 3, et entre l’entrée 4 de flux d’air et la première partie 2.
Le dispositif de prélèvement 24 selon le deuxième mode de réalisation comporte en outre un ensemble de moyens de fixation 16 des première et deuxième parties 2 et 3 de six vis.
Le dispositif de prélèvement illustré permet d’optimiser l’écoulement de l’air à l’intérieur du dispositif, sans impaction et dépôt sur les parois, de façon à minimiser le phénomène d’évaporation des composés organiques semi-volatils présents dans le flux d’air prélevé.
La configuration du dispositif de prélèvement 1, 24 permet de contrôler la vitesse de l’écoulement du flux d’air prélevé tout le long de son trajet, limitant les pertes de charges, le dépôt des particules sur les parois internes et minimisant ainsi le phénomène d’évaporation.
Le dispositif de prélèvement 1, 24 résulte en une quantification plus fiable des concentrations massiques de chacune des fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils prélevés dans le flux d’air.
Les performances de séparation du dispositif ne peuvent être définies selon un diamètre de coupure D50 tel que réalisé pour l’évaluation des performances des impacteurs et des impacteurs virtuels. Le D50 est le diamètre pour lequel 50% des particules dont le diamètre est supérieur sont dirigées par la buse de collecte 6 et 50% des particules dont le diamètre est inférieur sont dirigées vers le plénum 8 puis la sortie secondaire 12. En effet, même si le présent dispositif de prélèvement 1, 24 utilise le même principe physique de séparation, il met avantageusement en œuvre une répartition des débits inverse à l’impacteur virtuel ce qui permet d’atteindre une performance minimale égale au ratio des débits, soit supérieure ou égale à 86% quel que soit le diamètre des particules. Ainsi, il est approprié d’évaluer les performances du dispositif de prélèvement en terme « d’efficacité de transfert » des particules entre l’entrée du dispositif 4 et la sortie secondaire 12, plutôt que d’utiliser le D50 qui ne peut pas ici être déterminé car dépassé dans tous les cas.
Les performances de prélèvement et de séparation du dispositif de prélèvement 1, 24 illustré vis-à-vis d’aérosols de COSV s’élèvent à plus de 94%.
La valeur des pertes de charges engendrées par le dispositif de prélèvement 1, 24 illustré est inférieure à 300 Pa et la valeur du dépôt de particules aux parois est inférieur à 6%. Ce dépôt est avantageusement localisé de manière à ne pas pouvoir biaiser par évaporation la teneur en vapeurs de la portion de la fraction gazeuse prélevée qui est dirigée vers la sortie secondaire 12.
Le dispositif de prélèvement 1, 24 illustré est un dispositif portable, fiable aux performances optimisées, simple de conception et d'utilisation, de faible coût de fabrication, qui ne nécessite pas d'entretien et qui est réutilisable.
Claims (9)
- Dispositif de prélèvement et de séparation des fractions particulaire et gazeuse des composés organiques semi-volatils présents dans l’air, comprenant une entrée (4) de flux d’air, une buse d’accélération (5) raccordée à l’entrée (4) de flux d’air, et une buse de collecte (6), la buse d’accélération (5) et la buse de collecte (6) s’étendant en vis-à-vis autour d’un axe commun (X) et étant espacées par une zone de séparation (7) du flux d’air, ladite zone de séparation (7) étant connectée à un plénum (8), une sortie principale (11) destinée au prélèvement de la fraction particulaire et d’une première portion de la fraction gazeuse étant raccordée à la buse de collecte (6) et une sortie secondaire (12) destinée au prélèvement d’une seconde portion de la fraction gazeuse étant raccordée au plénum (8), caractérisé en ce que le plénum (8) comporte un disque d’homogénéisation (13) de la vitesse du flux d’air et la buse de collecte (6) débouchant dans ladite zone de séparation (7) au centre dudit disque d’homogénéisation (13).
- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les sorties principale et secondaire (11, 12) s’étendent selon des axes parallèles (X, Y).
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la section du plénum (8) passant par un plan perpendiculaire à l’axe (X) le long duquel s’étend la sortie principale (11) est de forme ovale.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant l’assemblage de première et deuxième parties (2, 3) amovibles incorporant respectivement la buse d’accélération (5) et la buse de collecte (6), et dont les surfaces internes (9, 10) respectives délimitent le plénum (8).
- Dispositif selon la revendication 4, comprenant au moins un moyen d’alignement (25, 26) des buses d’accélération et de collecte (5, 6).
- Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l’une (2) des première et deuxième parties (2, 3) comprend une ou plusieurs tiges d’alignement (25, 26) de la buse d’accélération (5) et de la buse de collecte (6), l’autre (2) des première et deuxième parties (2, 3) comprenant un logement de réception (27) desdites tiges d’alignement (25, 26).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la buse d’accélération (5) comprend un orifice d’accélération (19) débouchant sur la zone de séparation (7) et la buse de collecte (6) comprend un orifice de collecte (21) débouchant sur la zone de séparation (7), le diamètre de l’orifice de collecte (21) de la buse de collecte (6) étant compris entre 0,5D et 1,5D, où D est le diamètre de l’orifice d’accélération (19).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la buse d’accélération (5) comprend un orifice d’accélération (19) débouchant sur la zone de séparation (7) et une portion conique (17), le diamètre de la base de la portion conique (17) étant compris entre 4D et 5D, où D est le diamètre de l’orifice d’accélération (19).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la buse d’accélération (5) comprend un orifice d’accélération (19) débouchant sur la zone de séparation (7) et la buse de collecte (6) comprend une portion conique (20), le diamètre de la base de la portion conique (20) de la buse de collecte étant compris entre 1,5D et 2,5D.
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| FR3125109A1 true FR3125109A1 (fr) | 2023-01-13 |
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2021
- 2021-07-06 FR FR2107292A patent/FR3125109A1/fr active Pending
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