Procédé et appareil de stérilisation de l'air destiné à la ventilation des locaux nécessitant un air à faible teneur en microorganismes. La présente invention concerne un procédé et un appareil de stérilisation de l'air destiné à la ventilation des locaux nécessitant un air à faible teneur en microorganismes. Cette stérilisation est obtenue par un procédé thermique, c'est à dire par élévation de la température de l'air à l'aide d'une résistance électrique et récupération de l'enthalpie du gaz chaud par transfert à l'air froid introduit dans l'appareil et prélevé à l'intérieur ou à l'extérieur des locaux. L'air stérile ainsi produit peut être utilisé pour la pressurisation d'un local - chambre d'hôpital, cabinet dentaire, etc - mais également pour créer, à l'intérieur d'une pièce une zone stérile à proximité d'une table d'opération chirurgicale ou d'une unité de traitement de produits alimentaires ou de médicaments. La contamination biologique de l'air des locaux est due essentiellement à des bactéries dont certaines peuvent présenter, sous forme de spores, une résistance accrue à des températures relativement élevées. ETAT DE L'ART ANTERIEUR On cite, simplement pour mémoire, la stérilisation chimique à l'aide de certains produits (ozone, formol, oxyde d'éthylène) ou la stérilisation au moyen de rayonnement ultraviolet. Ces méthodes sont plus généralement utilisées pour stériliser des instruments plutôt que pour traiter des grands débits d'air tels que ceux qui sont nécessaires pour la ventilation partielle ou totale des locaux. La technique généralement utilisée est la fiitration sur support poreux ; le filtre retient à la fois les particules solides inertes et, dans certains cas, les bactéries dont la taille est en général inférieure à 2 microns (micromètres). Les filtres dénommés « absolus », ou à très haute efficacité, ou HEPA, ont un pouvoir de fiitration qui permet d'arrêter les bactéries de taille égale à 0,3 microns. Leur coût (achat et entretien) est élevé et leur efficacité est variable au cours du temps par suite du colmatage. Ce coût est très sensible à la taille des particules à éliminer. La fiitration absolue doit être toujours précédée d'une fiitration classique très efficace. L'appareil selon l'invention a une efficacité indépendante de la taille, et il ne subit pas de colmatage, même après de longues périodes d'usage. Il peut même, dans certains cas, neutraliser simultanément les bactéries, virus, squames épidermiques,
moisissures, champignons et les aérosols solides ou liquides, sans qu'il soit indispensable d'utiliser une fiitration préalable très poussée, ce qui peut être très utile quand on veut recirculer l'air d'un local. Par ailleurs, les mesures d'intégrité des filtres absolus et les mesures d'aérocontamination sont difficiles à automatiser et elles ne peuvent pas être utilisées pour des contrôles systématiques et routiniers. La régulation automatique de la température de stérilisation offre une meilleure garantie dans le cas du stérilisateur selon l'invention. Il est certain que la fiitration absolue conservera toujours son importance pour les blocs opératoires modernes dans lesquels on réalise des opérations complexes avec plaies profondes ou prothèses osseuses. En chirurgie générale ou en chirurgie endoscopique, les normes de stérilité sont moins strictes. Il existe donc un très large domaine d'applications parmi lesquelles la stérilisation par traitement thermique trouvera des débouchés, ce qui permettra, grâce à un coût acceptable, de généraliser la décontamination par ventilation. L'appareil selon l'invention est partiellement basé sur le principe fondamental des echangeurs régénératifs, cycliques, à inversion de flux. Ce principe a été illustré dans le livre : W. M. Kayes and A. L. LondonMethod and apparatus for sterilizing air intended for the ventilation of premises requiring air with a low content of microorganisms. The present invention relates to a method and an apparatus for sterilizing air intended for the ventilation of premises requiring air with a low content of microorganisms. This sterilization is obtained by a thermal process, that is to say by raising the temperature of the air using an electrical resistance and recovery of the enthalpy of the hot gas by transfer to the cold air introduced into the device and taken inside or outside the premises. The sterile air thus produced can be used for the pressurization of a room - hospital room, dental office, etc. - but also to create, inside a room, a sterile area near a table. surgery or a food or drug processing unit. Biological contamination of local air is mainly due to bacteria, some of which may exhibit, in the form of spores, increased resistance to relatively high temperatures. PRIOR STATE Mention is made, simply for the record, of chemical sterilization using certain products (ozone, formaldehyde, ethylene oxide) or sterilization by means of ultraviolet radiation. These methods are more generally used to sterilize instruments rather than to treat large airflows such as those necessary for partial or total ventilation of the premises. The technique generally used is fiitration on porous support; the filter retains both inert solid particles and, in some cases, bacteria whose size is generally less than 2 microns (micrometers). Filters called "absolute", or very high efficiency, or HEPA, have a fiitration power which stops bacteria of size equal to 0.3 microns. Their cost (purchase and maintenance) is high and their effectiveness is variable over time as a result of clogging. This cost is very sensitive to the size of the particles to be eliminated. Absolute fiitration must always be preceded by a very efficient classic fiitration. The device according to the invention has an efficiency independent of the size, and it does not undergo clogging, even after long periods of use. It can even, in some cases, simultaneously neutralize bacteria, viruses, epidermal scales, molds, fungi and solid or liquid aerosols, without the need to use a very advanced prior fiitration, which can be very useful when you want to recirculate the air in a room. In addition, absolute filter integrity measurements and aerocontamination measurements are difficult to automate and cannot be used for systematic and routine checks. The automatic regulation of the sterilization temperature offers a better guarantee in the case of the sterilizer according to the invention. It is certain that absolute fiitration will always retain its importance for modern operating theaters in which complex operations are carried out with deep wounds or bone prostheses. In general surgery or endoscopic surgery, the standards of sterility are less strict. There is therefore a very wide field of applications among which sterilization by heat treatment will find outlets, which will make it possible, thanks to an acceptable cost, to generalize decontamination by ventilation. The apparatus according to the invention is partially based on the fundamental principle of regenerative, cyclic exchangers with flow reversal. This principle was illustrated in the book: WM Kayes and AL London
« Compact Heat Exchangers », 2nd Edition, Me Graw-Hill, New York, 1964"Compact Heat Exchangers", 2 nd Edition, Me Graw-Hill, New York, 1964
(voir p 27) ainsi que dans la première édition publiée en 1952. L'appareil cyclique à inversion de flux a rarement été utilisé et, à notre connaissance n'a pas trouvé d'application dans le traitement de l'air pour la ventilation des locaux. On lui a préféré les echangeurs à plaques à courants croisés bien qu'ils aient des efficacités inférieures. Deux brevets décrivant la mise en œuvre de l'appareil cyclique ont été octroyés à l'auteur de la présente demande. Le Brevet Européen 1.029.203 décrit l'utilisation d'un échangeur dans la récupération de l'enthalpie et de l'humidité de l'air extrait des locaux pour les transférer à l'air entrant ; cet appareil correspond donc exactement à ce qu'on désigne comme un appareil de ventilation à double flux avec récupération d'énergie. Il opère avec un circuit d'air propre et un circuit d'air vicié avec deux bacs et deux ventilateurs.
Le brevet Européen 0.607.379 est destiné à la combustion catalytique des hydrocarbures, c'est à dire à l'élimination des polluants chimiques. Il décrit un appareil comportant deux empilements destinés au stockage de la chaleur, lesquels ne sont pas placés dans deux bacs séparés mais dans un même bac qui contient également le catalyseur. La perte de charge totale (empilements + catalyseur) est relativement élevée, mais on ne recherche pas une efficacité d'épuration ou une efficacité de transfert de chaleur très élevée. Un appareil cyclique que l'on peut considérer comme classique est donc suffisant en dépit de ses inconvénients. La conception d'un appareil cyclique, destiné à produire de l'air stérile à proximité de l'utilisateur, dans le même local, avec une très haute efficacité de stérilisation, voisine de 99,9%, nécessite la résolution de sérieux problèmes. L'invention vise à mettre à disposition un appareil permettant de solutionner ces problèmes et d'obtenir, simultanément, une réduction importante du volume de l'appareil, de sa consommation d'énergie et de son coût d'investissement et par conséquent d'obtenir un système qui peut être installé non seulement dans les établissements de soins médicaux ou dentaires mais également dans les maisons, écoles, ateliers, commerces, ou autres locaux. Dans son application à l'équipement des établissements de soins médicaux, le fonctionnement non bruyant de l'appareil permet d'envisager son installation à proximité des malades. DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION La présente invention concerne un appareil destiné à stériliser l'air des locaux ; il est essentiellement composé d'un échangeur de chaleur, cyclique, à inversion de flux, permettant de récupérer au moins une fraction de l'enthalpie nécessaire pour élever la température de l'air ambiant à la température de stérilisation et la transmettre à l'air à traiter ; l'échangeur de chaleur comprend deux zones incluses dans une enceinte unique qui peut être installée horizontalement ou verticalement, et, dans lesquelles sont disposés deux empilements de grilles métalliques destinés à accumuler la chaleur (enthalpie) de l'air qui les traverse ; ces grilles sont disposées perpendiculairement au flux gazeux, c'est-à-dire perpendiculairement à ce que nous désignerons « axe principal » ou « axe de symétrie » ; entre ces deux zones, et, plus précisément, entre les deux empilements de grilles
métalliques, est disposée une résistance électrique fournissant l'énergie électrique nécessaire ; les grilles sont constituées de tissus métalliques continus tissés avec des fils dont le diamètre est compris entre 0,1 mm et 1 mm ; ces grilles métalliques ont une porosité volumique comprise entre 75 % et 95 % et, par conséquent, les empilements de grilles ont une porosité légèrement supérieure ; chaque empilement de grilles a une conductivité thermique plus élevée dans la direction perpendiculaire à l'axe principal et au flux gazeux que dans la direction de ce flux, direction parallèle à l'axe principal ; un ventilateur centrifuge est utilisé pour faire circuler l'air dans la direction de l'axe principal, dans un sens ou, après inversion, dans le sens opposé, perpendiculairement aux grilles métalliques ; un système de programmation cyclique permet d'ouvrir ou de fermer les électrovannes d'un ensemble d'électrovannes, et cela avec une durée de cycle inférieure à une minute. A l'aspiration du ventilateur centrifuge, est placé un filtre à particules solides de faible efficacité et facilement amovible. Selon le procédé de l'invention, le ventilateur souffle l'air ambiant aspiré à travers l'une des électrovannes principales, pendant un demi-cycle, l'air entrant par cette électrovanne traverse une chambre de distribution (plénum), puis un empilement de grilles, puis une résistance électrique, puis l'autre empilement de grilles, puis une deuxième électrovanne principale, pour être ensuite soit injecté dans le local, soit recyclé vers l'aspiration du ventilateur, à travers une troisième électrovanne (électrovanne de purge). Pendant le demi- cycle suivant, le flux est inversé. Les deux vannes principales sont donc maintenues soit ouvertes soit fermées pendant un demi-cycle. Les deux vannes de purge sont également actionnées par le programmateur mais leur temps d'ouverture est relativement court et fonction de la quantité d'air que l'on désire recycler. Pour améliorer la distribution du profil de vitesse à l'entrée d'un empilement de grilles, la chambre de distribution (plénum) qui le précède doit avoir un volume relativement grand, supérieur ou égal au volume de l'empilement de grilles. On peut donc considérer que l'air contenu dans cette chambre ainsi que celui contenu dans l'empilement de grilles correspondant n'est pas stérile et que, en l'absence de recyclage, au début de l'inversion,
l'air serait pollué. L'efficacité moyenne de l'appareil serait réduite. L'utilisation des deux électrovannes de purge est donc l'une des caractéristiques importantes de l'appareil suivant l'invention. Une autre caractéristique importante de l'invention est la mise en oeuvre simultanée d'un garnissage de grande porosité volumique et très faible perte de charge, d'une longueur relativement courte, associée à une fréquence d'inversion élevée, le métal constitutif des grilles étant très bon conducteur de la chaleur (aluminium ou cuivre). L'effet de la conduction serait très faible en régime permanent : il est très important en régime cyclique car la chaleur accumulée pendant un demi-cycle peut se redistribuer tout au long d'une grille et compenser ainsi l'inefficacité relative due à une distribution imparfaite de l'air dans l'appareil. Par conséquent, grâce à la combinaison de ses différentes caractéristiques, l'appareil présenté permet bien d'obtenir l'objectif recherché : stérilisation efficace et économique d'un débit d'air important, avec un appareil compact, autonome et de faible niveau sonore DESCRIPTION DU DESSIN La Figure 1 montre le schéma de principe du stérilisateur ou appareil de stérilisation thermique de l'invention montré lors d'un demi-cycle lors duquel l'air circule de gauche à droite, perpendiculairement aux empilements de grilles. La figure 2 est une vue schématique analogue à la figure 1 et montrant la circulation du flux d'air en sens inverse, durant le demi-cycle suivant. La figure 3 est une vue schématique analogue aux précédentes et montrant l'une des électrovannes de purge en position d'ouverture, de façon à permettre le recyclage de l'air non traité à la fin de chaque demi-cycle. Selon le procédé de l'invention, l'air à stériliser est mis en circulation forcée, de manière cyclique et selon des flux de sens alternativement contraires, par exemple au moyen d'un ventilateur et d'électrovannes de distribution, à travers une enceinte de stérilisation thermique renfermant une résistance électrique positionnée entre deux empilements de grilles métalliques, perpendiculairement audits empilements de grilles.
De manière avantageuse, on réalise une dissipation de l'énergie du flux gazeux en le faisant transiter dans cette zones vides ou plénums réservées à l'entrée et à la sortie de l'enceinte de stérilisation thermique. D'autre part, de préférence, la fréquence de l'inversion du sens du flux d'air est supérieure à une inversion par minute et chaque cycle est constitué de deux demi-cycles, d'égale durée, et l'air non traité à la fin de chaque demi- cycle est recyclé vers l'aspiration du ventilateur. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'appareil comprend un ventilateur centrifuge 1, muni d'un filtre 2 destiné à éliminer les poussières et les particules en suspension, et qui est positionné pour souffler l'air provenant de la rue ou des gaines de ventilation de l'immeuble vers quatre électrovannes dont deux désignées par la référence 3 peuvent être considérées comme les électrovannes principales et les deux autres désignées par la référence 4 comme les électrovannes de purge et de recyclage. Ces électrovannes sont actionnées par des électroaimants ou par des petits moteurs électriques ou autres, activés par un programmateur cyclique (non représenté) connu en soi. Les vannes principales 3 permettent d'introduire l'air à traiter vers l'une ou l'autre des deux entrées de l'enceinte dans laquelle sont rassemblés les éléments de stérilisation 7-8-9 décrits ci-après. Dans la position indiquée sur la figure 1 du dessin, correspondant à la première moitié du cycle, l'air entre en 5 et sort en 6. Dans la deuxième moitié du cycle (figure 2), après inversion de l'état des électrovannes, l'air entre en 6 et sort en 5. Les références 5 et 6 désignent des zones ou chambres vides, ou "plénums". Ces zones vides ou "plénums" 5 et 6 ont des volumes au moins égaux ou supérieurs aux volumes des zones de stérilisation 8 et 9. La zone de stérilisation comprise entre les entrées-sorties 5, 6, est constituée de trois parties incluses dans une enceinte unique 12 :(see p 27) as well as in the first edition published in 1952. The cyclic flow reversal device has rarely been used and, to our knowledge, has not found any application in the treatment of air for ventilation Locals. It was preferred to cross plate heat exchangers although they have lower efficiencies. Two patents describing the implementation of the cyclic device have been granted to the author of the present application. European Patent 1.029.203 describes the use of an exchanger in the recovery of enthalpy and humidity from the air extracted from the premises to transfer them to the incoming air; this device therefore corresponds exactly to what is designated as a double flow ventilation device with energy recovery. It operates with a clean air circuit and a stale air circuit with two tanks and two fans. European patent 0.607.379 is intended for the catalytic combustion of hydrocarbons, that is to say the elimination of chemical pollutants. It describes an apparatus comprising two stacks intended for the storage of heat, which are not placed in two separate tanks but in the same tank which also contains the catalyst. The total pressure drop (stacks + catalyst) is relatively high, but we are not looking for a purification efficiency or a very high heat transfer efficiency. A cyclic device which can be considered as conventional is therefore sufficient in spite of its drawbacks. The design of a cyclic device, intended to produce sterile air close to the user, in the same room, with a very high sterilization efficiency, close to 99.9%, requires the resolution of serious problems. The invention aims to provide an apparatus making it possible to solve these problems and to obtain, simultaneously, a significant reduction in the volume of the apparatus, in its energy consumption and in its investment cost and consequently in obtain a system that can be installed not only in medical or dental establishments but also in homes, schools, workshops, shops, or other premises. In its application to the equipment of medical care establishments, the non-noisy operation of the device makes it possible to envisage its installation near the sick. SUMMARY DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for sterilizing the air in premises; it is essentially composed of a heat exchanger, cyclic, with flow reversal, making it possible to recover at least a fraction of the enthalpy necessary to raise the temperature of the ambient air to the sterilization temperature and transmit it to the air to be treated; the heat exchanger comprises two zones included in a single enclosure which can be installed horizontally or vertically, and, in which are arranged two stacks of metal grids intended to accumulate the heat (enthalpy) of the air passing through them; these grids are arranged perpendicular to the gas flow, that is to say perpendicular to what we will designate "main axis" or "axis of symmetry"; between these two zones, and, more precisely, between the two stacks of grids metallic, an electrical resistance is provided providing the necessary electrical energy; the grids consist of continuous metallic fabrics woven with threads whose diameter is between 0.1 mm and 1 mm; these metal grids have a volume porosity of between 75% and 95% and, consequently, the stacks of grids have a slightly higher porosity; each stack of grids has a higher thermal conductivity in the direction perpendicular to the main axis and to the gas flow than in the direction of this flow, direction parallel to the main axis; a centrifugal fan is used to circulate the air in the direction of the main axis, in one direction or, after inversion, in the opposite direction, perpendicular to the metal grids; a cyclic programming system makes it possible to open or close the solenoid valves of a set of solenoid valves, and this with a cycle time of less than one minute. At the intake of the centrifugal fan, a low efficiency and easily removable solid particle filter is placed. According to the method of the invention, the fan blows the ambient air sucked through one of the main solenoid valves, during a half-cycle, the air entering through this solenoid valve passes through a distribution chamber (plenum), then a stack of grids, then an electrical resistance, then the other stack of grids, then a second main solenoid valve, to then be either injected into the room, or recycled to the suction of the fan, through a third solenoid valve (purge solenoid valve) . During the next half cycle, the flow is reversed. The two main valves are therefore kept either open or closed for half a cycle. The two purge valves are also actuated by the programmer, but their opening time is relatively short and depends on the amount of air that one wishes to recycle. To improve the distribution of the speed profile at the entrance to a stack of grids, the distribution chamber (plenum) which precedes it must have a relatively large volume, greater than or equal to the volume of the stack of grids. We can therefore consider that the air contained in this chamber as well as that contained in the corresponding stack of grids is not sterile and that, in the absence of recycling, at the start of the inversion, the air would be polluted. The average efficiency of the device would be reduced. The use of the two purge solenoid valves is therefore one of the important characteristics of the apparatus according to the invention. Another important characteristic of the invention is the simultaneous implementation of a packing of high volume porosity and very low pressure drop, of a relatively short length, associated with a high inversion frequency, the metal constituting the grids being a very good conductor of heat (aluminum or copper). The effect of the conduction would be very weak in permanent regime: it is very important in cyclic regime because the heat accumulated during a half-cycle can redistribute throughout a grid and thus compensate for the relative ineffectiveness due to a distribution imperfect air in the device. Consequently, thanks to the combination of its different characteristics, the device presented makes it possible to obtain the desired objective: efficient and economical sterilization of a large air flow, with a compact, autonomous and low noise device. DESCRIPTION OF THE DRAWING Figure 1 shows the block diagram of the sterilizer or thermal sterilization device of the invention shown during a half-cycle during which the air circulates from left to right, perpendicular to the stacks of grids. Figure 2 is a schematic view similar to Figure 1 and showing the flow of air flow in the opposite direction during the next half cycle. Figure 3 is a schematic view similar to the previous ones and showing one of the purge solenoid valves in the open position, so as to allow the recycling of untreated air at the end of each half-cycle. According to the method of the invention, the air to be sterilized is forced into circulation, in a cyclic manner and according to flows of alternately opposite directions, for example by means of a fan and of distribution solenoid valves, through an enclosure. thermal sterilization containing an electrical resistance positioned between two stacks of metal grids, perpendicular to said stacks of grids. Advantageously, energy is dissipated from the gas flow by passing it through this empty zone or plenum reserved for the inlet and the outlet of the thermal sterilization enclosure. On the other hand, preferably, the frequency of the inversion of the direction of the air flow is greater than one inversion per minute and each cycle consists of two half-cycles, of equal duration, and the untreated air. at the end of each half cycle is recycled to the fan suction. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The apparatus comprises a centrifugal fan 1, provided with a filter 2 intended to remove dust and suspended particles, and which is positioned to blow air from the street or from the ventilation ducts from the building to four solenoid valves, two of which designated by reference 3 can be considered as the main solenoid valves and the other two designated by reference 4 as the purge and recycling solenoid valves. These solenoid valves are actuated by electromagnets or by small electric motors or the like, activated by a cyclic programmer (not shown) known per se. The main valves 3 make it possible to introduce the air to be treated to one or other of the two inlets of the enclosure in which the sterilization elements 7-8-9 described below are assembled. In the position indicated in Figure 1 of the drawing, corresponding to the first half of the cycle, the air enters at 5 and exits at 6. In the second half of the cycle (Figure 2), after reversing the state of the solenoid valves, the air enters at 6 and exits at 5. References 5 and 6 designate empty zones or chambers, or "plenums". These empty zones or "plenums" 5 and 6 have volumes at least equal to or greater than the volumes of the sterilization zones 8 and 9. The sterilization zone comprised between the inputs-outputs 5, 6, consists of three parts included in a single enclosure 12:
- un élément 7 constitué par une résistance électrique bien répartie dans une section perpendiculaire au flux et du type mentionné ci-après.- An element 7 consisting of an electrical resistance well distributed in a section perpendicular to the flow and of the type mentioned below.
- deux zones 8 et 9 remplies avec des empilements de grilles métalliques disposées perpendiculairement au flux gazeux ou à l'axe de symétrie principal et qui jouent le rôle d'accumulateurs de chaleur. Les caractéristiques de ces grilles sont également précisées dans l'exposé qui suit.
Grâce à ces dispositifs, on obtient un echangeur de chaleur cyclique à inversion de flux opérant par accumulation de la chaleur (enthalpie) de l'air dans le métal des grilles métalliques. Cet echangeur fonctionne en régime cyclique c'est à dire dans un régime dynamique qu'on désigne sous le nom de régime pseudo-stationnaire. Son fonctionnement est le suivant (figure 1) : après une période d'échauffement des grilles, l'air qui entre en 5 à 25°C est préchauffé par l'empilement de grilles 8 jusqu'à une température voisine (190°C) de la température maximum désirée (200°C) puis réchauffé de 10°C par la résistance électrique 7 avant d'être refroidi par l'empilement de grilles 9 jusqu'à environ 33°C. Après inversion de l'état des deux électrovannes principales 3, l'empilement de grilles 9 sert de préchauffeur et l'empilement de grilles 8 de refroidisseur (figure 2). L'apport calorifique obtenu par la résistance 7 pourrait être très faible si on parvenait à refroidir l'air à une température égale à sa température d'entrée. Pour réaliser cela, il faudrait que les deux empilements de grilles aient une très grande longueur, c'est à dire un grand nombre de grilles et une grande surface d'échange ce qui évidemment n'est pas économique (volume important et perte de charge élevée). La température de sortie en 6 est nécessairement plus élevée (de 7°C avec les données indiquées précédemment) que la température d'entrée en 5. On dit alors que l'efficacité proprement dite de l'échangeur est de : (200 - 33) / (200 - 25) = 95,4 % L'enthalpie, correspondant aux 10°C, fournie par la résistance électrique est donc utilisée pour compenser la perte de 7°C (inefficacité de l'échangeur 4,6 %) et une perte équivalente à 3°C pour compenser les pertes à travers le calorifugeage 10. Cette présentation simplifiée, mais plus imagée, du bilan enthalpique, ne serait pas modifiée si on prenait en considération l'évolution des températures de sortie pendant la durée d'un demi cycle. La résistance électrique 7 doit présenter une surface d'échange relativement élevée et être disposée à travers la section carrée ou
rectangulaire de la zone de stérilisation, de manière à répartir l'énergie le plus uniformément possible sur toute la section. La méthode la plus simple est d'utiliser une résistance nue en nickel - chrome qui se présente sous la forme d'un long boudin (ressort hélicoïdal) et qui traverse de nombreuses fois cette section, à intervalles réguliers. La période de démarrage et de stabilisation se présente de la manière suivante : on appuie sur le bouton de l'interrupteur de l'installation électrique de l'appareil, qui met en fonctionnement, simultanément, le ventilateur 1, le programmateur électronique (non représenté) et la résistance électrique 7. La température maximum du garnissage (mesurée en un point situé vers le milieu de l'appareil) augmente progressivement pour atteindre, après environ soixante cycles d'inversion, c'est à dire environ vingt minutes, la température choisie lors de la conception de l'appareil. Un régulateur de température n'est pas indispensable. Le régime pseudo-stationnaire est dès lors atteint et les performances de l'appareil restent constantes au cours du temps. Une propriété essentielle de l'appareil est de minimiser l'apport d'énergie à la résistance et au ventilateur et cela sans augmenter le coût d'investissement. Pour cela on a trouvé que le système d'échange de chaleur par accumulation devait satisfaire aux caractéristiques suivantes :- two zones 8 and 9 filled with stacks of metal grids arranged perpendicular to the gas flow or to the main axis of symmetry and which act as heat accumulators. The characteristics of these grids are also specified in the following description. Thanks to these devices, a cyclic heat exchanger with reverse flow operating by accumulation of heat (enthalpy) of the air in the metal of the metal grids is obtained. This exchanger operates in a cyclic regime, that is to say in a dynamic regime which is designated by the name of pseudo-stationary regime. Its operation is as follows (FIG. 1): after a period of heating of the grids, the air which enters at 5 to 25 ° C. is preheated by the stack of grids 8 to a neighboring temperature (190 ° C.) of the maximum desired temperature (200 ° C) then reheated by 10 ° C by the electrical resistance 7 before being cooled by the stack of grids 9 to about 33 ° C. After reversing the state of the two main solenoid valves 3, the stack of grids 9 serves as a preheater and the stack of grids 8 as a cooler (FIG. 2). The heat input obtained by the resistor 7 could be very low if it were possible to cool the air to a temperature equal to its inlet temperature. To achieve this, it would be necessary for the two stacks of grids to have a very long length, that is to say a large number of grids and a large exchange surface which obviously is not economical (large volume and pressure drop high). The outlet temperature in 6 is necessarily higher (by 7 ° C with the data indicated above) than the inlet temperature in 5. We then say that the actual efficiency of the exchanger is: (200 - 33 ) / (200 - 25) = 95.4% The enthalpy, corresponding to 10 ° C, provided by the electrical resistance is therefore used to compensate for the loss of 7 ° C (inefficiency of the exchanger 4.6%) and a loss equivalent to 3 ° C to compensate for the losses through the thermal insulation 10. This simplified, but more pictorial presentation of the enthalpy balance, would not be modified if one took into account the evolution of the exit temperatures during the duration of half a cycle. The electrical resistance 7 must have a relatively high exchange surface and be arranged across the square section or rectangular of the sterilization zone, so as to distribute the energy as uniformly as possible over the entire section. The simplest method is to use a bare nickel-chromium resistor which is in the form of a long coil (helical spring) and which crosses this section many times, at regular intervals. The start-up and stabilization period is as follows: the button on the switch of the appliance's electrical installation is pressed, which simultaneously activates fan 1 and the electronic programmer (not shown) ) and the electrical resistance 7. The maximum temperature of the lining (measured at a point located in the middle of the appliance) gradually increases to reach, after approximately sixty inversion cycles, that is to say approximately twenty minutes, the temperature chosen when designing the device. A temperature regulator is not essential. The pseudo-stationary regime is therefore reached and the performance of the device remains constant over time. An essential property of the device is to minimize the supply of energy to the resistor and to the fan, without increasing the investment cost. For this, we have found that the storage heat exchange system must meet the following characteristics:
1) Utilisation de grilles métalliques (toiles tissées ou métal déployé) présentant une grande surface spécifique (mètres carrés de surface par mètre cube d'empilement). Le diamètre des fils (ou le diamètre équivalent dans le cas du métal déployé) doit être petit pour augmenter le transfert de chaleur entre l'air et le métal. Par ailleurs, cette grande surface doit correspondre à un volume d'empilement relativement important, obtenu avec des grilles de porosité volumique élevée, ou (ce qui est en général équivalent) un pourcentage de vide élevé, condition indispensable pour réduire la perte de charge nécessaire et fournie par le ventilateur. 2) Utilisation de grilles métalliques ayant une porosité volumique comprise entre 75 % et 95 %, et des fils de diamètre compris entre 0,1 mm et 1 mm, constituant la meilleure solution pour minimiser la consommation d'énergie (résistance et ventilateur).
3) La fréquence du cycle d'inversion doit être élevée, supérieure à 1 cycle par minute. Par exemple, la durée d'un cycle peut être de 20 secondes, de sorte que le sens de circulation de l'air à travers l'enceinte de stérilisation est inversé toutes les 10 secondes. 4) Une quatrième caractéristique est l'obtention de profils de vitesses le plus plat possible à l'entrée et à l'intérieur des deux empilements. Un profil non plat se traduit par l'équivalent d'un bipasse (renardage) et par conséquent par une baisse d'efficacité de l'échangeur de chaleur, ce qui conduit à augmenter le nombre de grilles et à augmenter la perte de charge. Un profil de vitesse relativement satisfaisant est obtenu grâce à la combinaison des dispositions suivantes :1) Use of metal grids (woven fabrics or expanded metal) with a large specific surface (square meters of surface per cubic meter of stacking). The wire diameter (or equivalent diameter in the case of expanded metal) should be small to increase the heat transfer between the air and the metal. Furthermore, this large area must correspond to a relatively large stacking volume, obtained with grids of high volume porosity, or (which is generally equivalent) a high percentage of vacuum, an essential condition for reducing the pressure drop required. and supplied by the fan. 2) Use of metal grids having a volume porosity of between 75% and 95%, and wires of diameter between 0.1 mm and 1 mm, constituting the best solution to minimize energy consumption (resistance and fan). 3) The frequency of the inversion cycle must be high, greater than 1 cycle per minute. For example, the duration of a cycle can be 20 seconds, so that the direction of air flow through the sterilization chamber is reversed every 10 seconds. 4) A fourth characteristic is the obtaining of the flattest possible speed profiles at the entrance and inside the two stacks. A non-flat profile results in the equivalent of a bypass (foxing) and therefore in a reduction in the efficiency of the heat exchanger, which leads to increasing the number of grids and increasing the pressure drop. A relatively satisfactory speed profile is obtained by the combination of the following arrangements:
- Utilisation de volets de distribution d'air s'étendant sur toutes la profondeur de l'appareil, orientés obliquement (environ à 45°) ; de préférence, la section de l'enceinte de stérilisation est carrée ou rectangulaire et les volets constitutifs des vannes ont la même longueur que le côté le plus grand de la section ; on observe que les volets des vannes de distribution 3 font aussi office de déflecteurs ou répartiteurs permettant de répartir l'air sur toute la section d'entrée des zones de stérilisation.- Use of air distribution flaps extending over the entire depth of the appliance, oriented obliquely (around 45 °); preferably, the section of the sterilization enclosure is square or rectangular and the component flaps of the valves have the same length as the largest side of the section; it is observed that the flaps of the distribution valves 3 also act as deflectors or distributors making it possible to distribute the air over the entire inlet section of the sterilization zones.
- Dissipation de l'énergie cinétique du flux gazeux dans les zones vides ou "plénums" 5 et 6 dont le volume est égal ou supérieur aux volumes des zones- Dissipation of kinetic energy from the gas flow in empty zones or "plenums" 5 and 6 whose volume is equal to or greater than the volumes of the zones
8 et 9 des empilements (ce qui n'a pas été représenté sur la Figure 1, par souci de simplification).8 and 9 of the stacks (which has not been shown in FIG. 1, for the sake of simplification).
- Utilisation, dans une même enceinte, de l'empilement de préchauffage et de l'empilement de récupération, ce qui contribue à niveler les imperfections du front de vitesse à l'entrée car la perte de charge « utile » est double et, d'autre part, le profil plat obtenu à la sortie d'un empilement se transmet à l'empilement qui le suit. On peut parler de perte de charge « utile » car il est bien connu en aéraulique qu'une perte de charge élevée réduit l'effet de bipasse. - Chaque empilement de grilles 8, 9, est précédé d'une plaque perforée 11 (distributeur), percée de nombreux trous de diamètres différents, dont le nombre et la taille sont définis, dans chaque cas particulier, après une étude de la distribution des vitesses mesurée avec des instruments appropriés (anémomètre à fil chaud par exemple) ; autrement dit, une plaque perforée 11
est placée entre chaque zone vide 5 ou 6 et la zone de stérilisation adjacente 8 ou 9, cette grille distributrice matérialisant alternativement la face d'entrée et la face de sortie de chaque empilement de grilles ou zone de stérilisation. 5) Une autre caractéristique essentielle est l'utilisation de grilles métalliques constituées avec un métal très bon conducteur de la chaleur. En effet, même lorsque toutes les conditions citées précédemment sont remplies, la distribution des vitesses ne sera jamais parfaitement plate. Mais le but recherché n'est pas, en tant que tel, d'obtenir ce profil plat mais un front de températures aussi plat que possible pour que toutes les particules solides (bactéries ou spores) soient portées à la température maximum (et cela quel que soit leur point d'entrée dans l'empilement de grilles métalliques). La conduction thermique, le long des fils d'une grille contribue bien à aplatir le front de température ; mais le calcul et l'expérience montrent que, en régime permanent, cet effet n'est pas très important, car l'air traverse chaque empilement en moins de 1/10 ème de sec, un temps trop court pour que l'équilibrage des températures d'une même grille puisse être efficace. Mais il n'en est pas de même en régime cyclique pseudo-stationnaire. Pour des cycles de 20 sec. (demi-cycle : 10 sec), la conduction permet un rééquilibrage des températures pendant un temps beaucoup plus long (soit 100 fois plus), à condition évidemment que le métal soit bon conducteur comme le montre le gain d'efficacité thermique obtenu dans l'exemple 2 ci- après. Il est par ailleurs bien évident que la conduction d'une grille vers les deux grilles voisines a un effet nul tant en régime permanent, qu'en régime pseudo- stationnaire, car cette conduction ne peut se faire que sur quelques points de contact (dont la surface équivalente est nulle). Un autre phénomène, probablement secondaire et difficile à évaluer, est la migration des particules solides perpendiculairement au flux gazeux par suite de leurs chocs multiples avec les fils des grilles ; ce phénomène, purement aéraulique, n'est pas amplifié en régime cyclique mais il contribue certainement à réduire l'effet de bipasse. De manière avantageuse, les grilles métalliques formant les empilements de grilles logés dans les zones de stérilisation sont réalisées en aluminium, ou en cuivre, ou en fer galvanisé, ou en acier inoxydable. Ces grilles sont par
exemple exécutées sous forme de tissus métalliques ou en métal déployé présentant des caractéristiques aérauliques voisines. 6) Un des inconvénients du régime cyclique est qu'il rend difficile l'obtention d'une efficacité d'échange thermique supérieure à 97%. En effet, à la fin du demi-cycle correspondant à la Figure 1, les zones 5 et 6 sont froides et contiennent de l'air non stérilisé ni réchauffé. Le balayage provenant des zones 6 et 9 dans le demi-cycle qui suit, rejette cet air qui sera mélangé ensuite avec l'air stérile. Pour un cycle complet de 20 secondes, ce volume d'air, pour l'appareil décrit dans l'exemple 1 , est de 0,025 m3 comparé au 1 ,1 m3 traité pendant ce cycle. Il y a donc, au point de vue de la stérilisation une perte d'efficacité de 2 à 3%, ce qui n'a pas de conséquence notable pour la consommation énergique mais peut avoir une influence importante sur la qualité de l'air obtenu. Jusqu'ici, on a décrit un appareil fonctionnant uniquement avec les deux électrovannes principales 3. L'incorporation des deux électrovannes supplémentaires 4 que l'on nommera "électrovannes de purge" permet de supprimer cet inconvénient. La minuterie électronique du système de programmation cyclique permet d'ouvrir l'une ou l'autre de ces électrovannes pendant un temps déterminé (1 seconde par exemple) et de recycler l'air non traité vers l'aspiration du ventilateur (figure 3). Dans ce cas, l'air stérile n'est donc produit que pendant 9 secondes, par demi-cycle. Ce balayage permet également de recycler des microorganismes qui, éventuellement, seraient restés « accrochés » sur les grilles. Le taux de recyclage peut être augmenté à volonté, ce qui par passage multiple, accroît l'efficacité de la stérilisation. On observe que l'efficacité (taux de transformation) de la stérilisation, abstraction faite, du phénomène de purge, peut être bien plus élevée que l'efficacité thermique de l'échangeur, car la destruction d'un microorganisme dépend à la fois de la température et du temps passé à cette température mais la fonction de la température est une exponentielle tandis que la fonction du temps est linéaire. Le rôle de l'exponentielle n'existe pas dans l'échange de chaleur qui, par contre, est favorisé par l'amélioration due au régime
cyclique, ce qui, à son tour, se traduit par un nivellement des températures et, par conséquent, une amélioration de l'efficacité de la stérilisation. D'après des études cinétiques publiées concernant les phénomènes de stérilisation, on peut estimer qu'une différence de 15°C entre deux portions d'une même grille de l'échangeur se traduirait par une augmentation (ou diminution) par un facteur 30 de la vitesse locale de stérilisation. PROTOTYPE ET PROTOCOLE D'ESSAIS Les essais décrits dans les trois exemples suivants ont tous été effectués dans un appareil unique, tel qu'il est représenté sur la Figure 1. Pour faciliter la mise en oeuvre des essais, le filtre à poussières (2) a été enlevé et l'appareil a été placé directement dans une hotte de laboratoire à flux laminaire équipée d'un filtre HEPA, dont le débit d'air est supérieur au débit d'air du prototype. Le débit d'air dans la zone de stérilisation était égal à 200m3/h, ce qui était obtenu en jouant sur la vitesse du moteur par l'intermédiaire d'un auto-transformateur. La durée d'un cycle complet était choisie égale à 20 secondes, chaque purge durant 1 seconde. Les électrovannes principales 3 sont donc inversées toutes les 10 secondes, et les électrovannes de purge 4 inversées pendant 1 seconde au début d'un demi-cycle. Le débit d'air réellement produit est donc de 180 m3/h. La zone de stérilisation et d'échange thermique est constituée d'une boite métallique en acier inoxydable de faible épaisseur (0,2mm), en vue de réduire la conduction thermique longitudinale par les parois. Sa section est carrée, de 30 cm de côté et sa longueur de 25 cm. ; elle est calorifugee sur les quatre côtés par 2,5 cm de laine de roche. Chaque empilement 8 et 9 est, par exemple, constitué par 120 grilles accolées (mais non comprimées) pour une longueur totale de 10 cm. Ces grilles sont des carrés de 30 cm x 30 cm découpés dans des toiles métalliques commercialisées par la Société Gantois. Les fils de ces grilles traversent de part en part la section carrée (ou autre) sans qu'il y ait rupture de la conduction thermique le long des fils. Avec un débit de 200 m3/h la perte de charge correspondant aux 240 grilles est de l'ordre de 2 mbar (soit : 2 hecto pascal). La perte de charge dans les diffuseurs 11 est égale à 0,1 mbar. Les plénums 5 et 6 ont une longueur de 10 cm.
La résistance 7 est connectée à un auto-transformateur, ce qui permet de sélectionner la température maximum de stérilisation. L'efficacité thermique de l'échangeur est calculée à partir des mesures de plusieurs thermocouples installés dans l'appareil. L'efficacité de la stérilisation est mesurée par injection à l'entrée du ventilateur d'un aérosol d'un spore très résistant à la chaleur sèche, le Bacillus Subtilis (variété niger), généralement utilisé pour vérifier la stérilité des matériaux après traitement thermique en enceinte fermée. Ces bacilles ne sont pas pathogènes. On prépare plusieurs suspensions à différentes teneurs en spores ; le liquide est introduit à l'aide d'une pompe péristaltique à vitesse variable dans un atomiseur-sonificateur de 20 kHz ( de marque Sonics and Materials), les gouttelettes obtenues ayant en moyenne 90 μm de diamètre. Ces gouttelettes sont instantanément vaporisées à l'intérieur du ventilateur et un aérosol solide est obtenu et dispersé de façon homogène dans le flux de 200m3/h. Un biocollecteur SAS Super 100 est utilisé pour prélever des échantillons avant et après la stérilisation par impactage des microorganismes sur gélose après aspiration d'un certain volume d'air. Ce contrôleur d'hygiène est équipé d'une tête de prélèvement pour boites de Pétri de diamètre 90 mm. Le bacille étant relativement inerte, il est conseillé d'utiliser comme milieu de culture, le trypticase - soy agar (TSA) et une température d'incubation de 56°C. Les échantillons ont été confiés à un laboratoire privé d'analyses de biologie médicale à la fois pour l'incubation et le comptage des colonies et pour certains problèmes liés à la stérilisation des matériels.- Use, in the same enclosure, of the preheating stack and the recovery stack, which helps to level the imperfections of the speed front at the entrance because the “useful” pressure drop is double and, d on the other hand, the flat profile obtained at the exit of a stack is transmitted to the stack which follows it. We can speak of a “useful” pressure drop because it is well known in aeraulics that a high pressure drop reduces the bypass effect. - Each stack of grids 8, 9 is preceded by a perforated plate 11 (distributor), pierced with numerous holes of different diameters, the number and size of which are defined, in each particular case, after a study of the distribution of speeds measured with suitable instruments (hot wire anemometer for example); in other words, a perforated plate 11 is placed between each empty zone 5 or 6 and the adjacent sterilization zone 8 or 9, this distributing grid alternately materializing the inlet face and the outlet face of each stack of grids or sterilization zone. 5) Another essential characteristic is the use of metal grids made with a metal which is a very good conductor of heat. Indeed, even when all the conditions mentioned above are met, the speed distribution will never be perfectly flat. But the aim is not, as such, to obtain this flat profile but a temperature front as flat as possible so that all the solid particles (bacteria or spores) are brought to the maximum temperature (and what whatever their point of entry into the stack of metal grids). The thermal conduction, along the wires of a grid contributes well to flatten the temperature front; but calculation and experience show that, in steady state, this effect is not very significant, because the air crosses each stack in less than 1/10 th of a second, a time too short for the balancing of temperatures of the same grid can be effective. But it is not the same in pseudo-stationary cyclical regime. For cycles of 20 sec. (half cycle: 10 sec), conduction allows temperature rebalancing for a much longer time (100 times more), provided of course that the metal is a good conductor as shown by the gain in thermal efficiency obtained in l Example 2 below. It is moreover very obvious that the conduction of a grid towards the two neighboring grids has a zero effect both in steady state and in pseudosteady state, because this conduction can only be done on a few contact points (including the equivalent area is zero). Another phenomenon, probably secondary and difficult to assess, is the migration of solid particles perpendicular to the gas flow due to their multiple impacts with the wires of the grids; this phenomenon, purely aeraulic, is not amplified in cyclic regime but it certainly contributes to reduce the effect of bypass. Advantageously, the metal grids forming the stacks of grids housed in the sterilization zones are made of aluminum, or copper, or galvanized iron, or stainless steel. These grids are by example executed in the form of metallic fabrics or in expanded metal having similar aeraulic characteristics. 6) One of the drawbacks of the cyclic regime is that it makes it difficult to obtain a heat exchange efficiency greater than 97%. In fact, at the end of the half-cycle corresponding to Figure 1, zones 5 and 6 are cold and contain air that is not sterilized or heated. The sweep from zones 6 and 9 in the following half-cycle rejects this air which will then be mixed with the sterile air. For a complete cycle of 20 seconds, this volume of air, for the device described in Example 1, is 0.025 m3 compared to the 1.1 m3 treated during this cycle. There is therefore, from the point of view of sterilization a loss of efficiency of 2 to 3%, which has no notable consequence for energy consumption but can have a significant influence on the quality of the air obtained . So far, an apparatus has been described which operates only with the two main solenoid valves 3. The incorporation of the two additional solenoid valves 4 which will be called "purge solenoid valves" eliminates this drawback. The electronic timer of the cyclic programming system makes it possible to open one or the other of these solenoid valves for a determined time (1 second for example) and to recycle the untreated air towards the suction of the fan (figure 3) . In this case, sterile air is therefore produced for only 9 seconds, per half-cycle. This scanning also makes it possible to recycle microorganisms which, possibly, would have remained “hooked” on the grids. The recycling rate can be increased at will, which by multiple passes increases the efficiency of sterilization. It is observed that the efficiency (conversion rate) of sterilization, apart from the purging phenomenon, can be much higher than the thermal efficiency of the exchanger, because the destruction of a microorganism depends on both temperature and the time spent at that temperature but the function of temperature is an exponential while the function of time is linear. The role of the exponential does not exist in the heat exchange which, on the other hand, is favored by the improvement due to the regime cyclic, which, in turn, results in a leveling of temperatures and, consequently, an improvement in the efficiency of sterilization. From kinetic studies published concerning sterilization phenomena, it can be estimated that a difference of 15 ° C between two portions of the same heat exchanger grid would result in an increase (or decrease) by a factor of 30 the local sterilization speed. PROTOTYPE AND TEST PROTOCOL The tests described in the following three examples were all carried out in a single device, as shown in Figure 1. To facilitate the implementation of the tests, the dust filter (2) was removed and the apparatus was placed directly in a laminar flow laboratory hood equipped with a HEPA filter, the air flow of which is greater than the air flow of the prototype. The air flow in the sterilization zone was equal to 200m3 / h, which was obtained by varying the speed of the motor via an auto-transformer. The duration of a complete cycle was chosen equal to 20 seconds, each purge lasting 1 second. The main solenoid valves 3 are therefore inverted every 10 seconds, and the purge solenoid valves 4 inverted for 1 second at the start of a half-cycle. The air flow actually produced is therefore 180 m3 / h. The sterilization and heat exchange zone consists of a metallic box of thin stainless steel (0.2mm), in order to reduce the longitudinal thermal conduction through the walls. Its section is square, 30 cm side and its length 25 cm. ; it is insulated on all four sides with 2.5 cm of rock wool. Each stack 8 and 9 is, for example, constituted by 120 contiguous (but not compressed) grids for a total length of 10 cm. These grids are 30 cm x 30 cm squares cut out of metal fabrics sold by the Gantois Company. The wires of these grids pass right through the square (or other) section without breaking the thermal conduction along the wires. With a flow rate of 200 m3 / h the pressure drop corresponding to the 240 grids is of the order of 2 mbar (i.e.: 2 hecto pascal). The pressure drop in the diffusers 11 is equal to 0.1 mbar. Plenums 5 and 6 are 10 cm long. Resistor 7 is connected to an auto-transformer, which allows the maximum sterilization temperature to be selected. The thermal efficiency of the exchanger is calculated from the measurements of several thermocouples installed in the device. The effectiveness of sterilization is measured by injecting an aerosol of a spore very resistant to dry heat at the inlet of the ventilator, Bacillus Subtilis (Niger variety), generally used to check the sterility of materials after heat treatment. in a closed enclosure. These bacilli are not pathogenic. Several suspensions are prepared at different spore contents; the liquid is introduced using a variable speed peristaltic pump into a 20 kHz atomizer-sonicator (of Sonics and Materials brand), the droplets obtained having an average of 90 μm in diameter. These droplets are instantly vaporized inside the fan and a solid aerosol is obtained and dispersed homogeneously in the flow of 200m3 / h. A SAS Super 100 biocollector is used to take samples before and after sterilization by impacting microorganisms on agar after suction of a certain volume of air. This hygiene controller is equipped with a sampling head for 90 mm diameter petri dishes. The bacillus being relatively inert, it is advisable to use as culture medium, trypticase - soy agar (TSA) and an incubation temperature of 56 ° C. The samples were entrusted to a private laboratory of medical biology analyzes both for the incubation and the counting of the colonies and for certain problems related to the sterilization of the materials.
EXEMPLE 1 Le prototype décrit précédemment est équipé de toiles d'aluminium d'ouverture nominale 1,4 mm et dont la porosité volumique est égale à 0,875. Le diamètre des fils est de 0,265 mm. Après une période de 20 minutes, correspondant à 60 cycles de 20 secondes, le régime pseudo-stationnaire est atteint. La température d'entrée dans un empilement est égale à 25°C (échauffement de 2° dans le ventilateur), 190CC à la sortie de l'empilement et 200°C après avoir traversé
la section occupée par la résistance électrique. La température moyenne de sortie est égale à 33°C, ce qui correspond par conséquent à une efficacité thermique de 95,4%. L'énergie électrique consommée à la résistance est de 0,660 kwh par heure, à laquelle il convient de rajouter à 0,100 kwh par heure consommé par le ventilateur, soit au total 0,760 kwh pour 180 m3 d'air stérile. Au prix de € 0,07 le kwh, la dépense est de € 0,04 par heure. Dans un essai type, l'air à stériliser contenait 1200 bactéries / m3, ou plus exactement 1200 cfu (colony-forming unit) par m3. L'air traité contenait 6 cfu / m3, c'est à dire que l'efficacité de la stérilisation était égale à 99,5 %. Cette efficacité est nettement supérieure à l'efficacité thermique (l'inefficacité thermique est de 4,6 % ; l'inefficacité de la stérilisation égale à 6/1200, est de 0,5 %, donc environ 10 fois plus faible. L'efficacité de la stérilisation devrait croître rapidement avec la température maximale d'opération, mais l'imprécision du comptage des colonies ne permet pas d'évaluer cet accroissement. En revanche, l'efficacité thermique est pratiquement indépendante de cette température (la consommation énergétique croit légèrement quand la température augmente par suite des pertes à travers du calorifuge). EXEMPLE 2 La conduction thermique transversale obtenue grâce aux fils métalliques est illustrée par cet exemple. L'origine de ce phénomène, déjà mentionné, est évidemment le nivellement des températures d'une même grille par l'augmentation du temps de transfert (voisin mais non égal à 10 secondes) en régime cyclique pseudo-stationnaire, bien supérieur au temps très court (1/10 seconde) de traversée de l'empilement. Trois toiles métalliques (tissus à mailles carrées) de la Société Gantois ont été comparées au moyen du prototype. Les trois toiles (Cuivre, Acier galvanisé, Acier inoxydable 316 L) ont une ouverture nominale de 1,5 mm. et des fils de 0,5 mm. de diamètre, c'est à dire des dimensions identiques et la même porosité volumique égale à 81 %. Une toile en aluminium présentant les mêmes caractéristiques n'existe pas dans le commerce et ces toiles n'existent pas à l'ouverture nominale de 1 ,4 mm. de l'exemple 1. Le tableau suivant permet de comparer les propriétés des quatre métaux (en valeurs relatives).
Dans les trois essais (Cuivre, Fer Galvanisé, Acier Inoxydable) le nombre de grilles était identique (60 dans chacun des empilements). Toutes les autres conditions de fonctionnement étaient identiques à celles de l'exemple 1 , ainsi que le protocole de mesure des efficacités.EXAMPLE 1 The prototype described above is equipped with aluminum cloths with a nominal opening 1.4 mm and whose volume porosity is equal to 0.875. The wire diameter is 0.265 mm. After a period of 20 minutes, corresponding to 60 cycles of 20 seconds, the pseudo-stationary regime is reached. The entry temperature into a stack is 25 ° C (2 ° heating in the fan), 190 C C at the exit of the stack and 200 ° C after crossing the section occupied by the electrical resistance. The average outlet temperature is 33 ° C, which therefore corresponds to a thermal efficiency of 95.4%. The electrical energy consumed at the resistance is 0.660 kwh per hour, to which should be added to 0.100 kwh per hour consumed by the fan, or a total of 0.760 kwh for 180 m3 of sterile air. At the price of € 0.07 per kwh, the expenditure is € 0.04 per hour. In a typical test, the air to be sterilized contained 1,200 bacteria / m3, or more exactly 1,200 cfu (colony-forming unit) per m3. The treated air contained 6 cfu / m3, that is to say that the sterilization efficiency was 99.5%. This efficiency is much higher than thermal efficiency (thermal ineffectiveness is 4.6%; sterilization ineffectiveness equal to 6/1200, is 0.5%, therefore approximately 10 times lower. sterilization efficiency should increase rapidly with the maximum operating temperature, but the inaccuracy of colony counting does not allow this increase to be evaluated. However, thermal efficiency is practically independent of this temperature (energy consumption increases slightly as the temperature increases as a result of losses through the thermal insulation) EXAMPLE 2 The transverse thermal conduction obtained thanks to the metallic wires is illustrated by this example. The origin of this phenomenon, already mentioned, is obviously the leveling of the temperatures. the same grid by increasing the transfer time (neighboring but not equal to 10 seconds) in pseudo-stationary cyclical regime, much higher at the very short time (1/10 second) of crossing the stack. Three metallic fabrics (square mesh fabrics) from the Gantois Company were compared using the prototype. The three fabrics (Copper, Galvanized steel, 316 L stainless steel) have a nominal opening of 1.5 mm. and 0.5 mm wires. diameter, that is to say identical dimensions and the same volume porosity equal to 81%. An aluminum fabric having the same characteristics does not exist commercially and these fabrics do not exist at the nominal opening of 1.4 mm. from example 1. The following table allows you to compare the properties of the four metals (in relative values). In the three tests (Copper, Galvanized Iron, Stainless Steel) the number of grids was identical (60 in each of the stacks). All the other operating conditions were identical to those of Example 1, as well as the efficiency measurement protocol.
Les trois essais ont permis de mesurer les efficacités thermiques suivantes : Cuivre 0,96 10 Fer Galvanisé 0,93 Acier Inoxydable 0,92 Le seul facteur qui explique ces différences est bien la conductivité thermique du métal, les deux autres facteurs (chaleur spécifique et masse spécifique) étant pratiquement identiques. On notera que l'inefficacité passe 15 de 8 % (Acier Inoxydable) à 4 % (Cuivre). L'aluminium aurait une performance voisine de celle du cuivre. L'analyse de la carte des températures à la sortie de la zone de préchauffage a montré que des différences de température de l'ordre de 15°C sont observables en différents points de la section transversale, cela dans le 20 cas des grilles d'acier inoxydable mais les écarts sont beaucoup plus faibles avec les grilles de cuivre. Il y a donc bien nivellement des températures, favorisé en régime cyclique par une conductivité thermique élevée. Les résultats concernant l'efficacité de stérilisation sont les suivants : Cuivre 99,5 25 Acier Galvanisé 97 Acier Inoxydable 95
L'inefficacité passe de 5 % (Acier Inoxydable) à 0,5 % (Cuivre), soit un facteur de 10 plus important que celui observé (égal à 2) pour l'inefficacité thermique. En supposant que la différence de température observée (15°C) sur une section correspond à environ 20 % de la section de passage et que cette baisse de température soit due à un débit local trop élevé de 20 % dans cette partie de l'appareil, on peut calculer, par bilan, que l'inefficacité due au bipasse est multipliée par 8. Cela pour un facteur de réduction de la vitesse de stérilisation de 30 pour une baisse de 15°C ; ce facteur est du même ordre que celui observé et égal à 10. Ce calcul n'a qu'une valeur d'illustration qualitative et est très approximatif. EXEMPLE 3 La purge, égale à 10 % de l'air traité dans les exemples précédents, joue évidemment un rôle important sur la qualité de l'air obtenu. On compare les performances de l'essai de l'exemple 1 à celles obtenues en supprimant la purge. Les électrovannes de purge 4 sont maintenues en permanence en position fermée, c'est à dire dans les positions représentées dans la Figure 1. L'efficacité de l'échangeur de chaleur n'est pas modifiée par la suppression des deux purges. A la fin d'un cycle de préchauffage, le volume d'air dans les zones 5 et 8 (ou 6 et 9) est égal à 0,0125 m3 soit 0,025 m3 pour un cycle complet de 20 secondes et un débit d'air par cycle de 1 ,11 m3.The three tests made it possible to measure the following thermal efficiencies: Copper 0.96 10 Galvanized Iron 0.93 Stainless Steel 0.92 The only factor explaining these differences is the thermal conductivity of the metal, the other two factors (specific heat and specific gravity) being practically identical. Note that the ineffectiveness increases from 8% (Stainless Steel) to 4% (Copper). Aluminum would have a performance close to that of copper. Analysis of the temperature map at the exit from the preheating zone has shown that temperature differences of the order of 15 ° C. can be observed at different points of the cross section, this in the case of the grids. stainless steel but the gaps are much smaller with the copper grids. There is therefore a leveling of temperatures, favored in cyclic regime by a high thermal conductivity. The results concerning the sterilization efficiency are as follows: Copper 99.5 25 Galvanized Steel 97 Stainless Steel 95 Inefficiency goes from 5% (Stainless Steel) to 0.5% (Copper), a factor of 10 more important than that observed (equal to 2) for thermal inefficiency. Assuming that the temperature difference observed (15 ° C) on a section corresponds to about 20% of the passage section and that this drop in temperature is due to a too high local flow of 20% in this part of the device , it can be calculated, by assessment, that the ineffectiveness due to the bypass is multiplied by 8. This for a factor of reduction of the sterilization speed of 30 for a drop of 15 ° C; this factor is of the same order as that observed and equal to 10. This calculation has only a qualitative illustration value and is very approximate. EXAMPLE 3 The purge, equal to 10% of the air treated in the previous examples, obviously plays an important role in the quality of the air obtained. The performance of the test of Example 1 is compared with that obtained by eliminating the purge. The purge solenoid valves 4 are permanently maintained in the closed position, that is to say in the positions shown in FIG. 1. The efficiency of the heat exchanger is not modified by the elimination of the two purges. At the end of a preheating cycle, the air volume in zones 5 and 8 (or 6 and 9) is equal to 0.0125 m3, i.e. 0.025 m3 for a full 20-second cycle and an air flow per cycle of 1.11 m3.
Un temps de purge de 0,125 secondes sur chacune des électrovannes 4 serait, en principe suffisant pour éliminer l'air non traité, c'est à dire 2,25 %. L'inefficacité globale du stérilisateur de l'exemple 1 devient alors égal à : 0, 9775 x 0,005 + 0,0225 x 1 = 0,0274 C'est à dire 5,5 fois plus élevée qu'en présence de la purge. Il n'est pas indispensable d'utiliser un taux de purge de 10 %, mais dans tous les cas un taux supérieur à 5 % est utilisé pour compenser les problèmes de brassage dans le circuit de purge et éliminer certaines particules solides qui pourraient adhérer aux grilles froides. La perte d'efficacité due à ce bipasse « externe » ne peut pas être modifiée en jouant sur l'uniformité des vitesses et de nivellement des températures dans une section de passage de l'air, pas plus qu'en
augmentant le nombre de grilles ou en augmentant la température de stérilisation. La purge est donc indispensable, à moins que la préférence soit donnée à un recyclage externe dans la pièce à décontaminer. L'influence du bipasse « interne », tel qu'il est décrit dans l'exemple 2, au contraire, peut être réduite en uniformisant les vitesses et les températures, en augmentant le nombre de grilles et la température de stérilisation.
A purge time of 0.125 seconds on each of the solenoid valves 4 would, in principle, be sufficient to remove the untreated air, i.e. 2.25%. The overall ineffectiveness of the sterilizer of Example 1 then becomes equal to: 0.9775 x 0.005 + 0.0225 x 1 = 0.0274 That is to say 5.5 times higher than in the presence of the purge. It is not essential to use a purge rate of 10%, but in all cases a rate greater than 5% is used to compensate for problems of mixing in the purge circuit and to eliminate certain solid particles which could adhere to the cold grills. The loss of efficiency due to this “external” bypass cannot be modified by varying the uniformity of speeds and leveling of temperatures in an air passage section, any more than in increasing the number of racks or increasing the sterilization temperature. Purging is therefore essential, unless preference is given to external recycling in the room to be decontaminated. The influence of the "internal" bypass, as described in Example 2, on the contrary, can be reduced by standardizing the speeds and temperatures, by increasing the number of grids and the sterilization temperature.