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WO2022122463A1 - Dispositif et procede pour depolluer l'air de milieux confines ou semi-confines - Google Patents

Dispositif et procede pour depolluer l'air de milieux confines ou semi-confines Download PDF

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Publication number
WO2022122463A1
WO2022122463A1 PCT/EP2021/083476 EP2021083476W WO2022122463A1 WO 2022122463 A1 WO2022122463 A1 WO 2022122463A1 EP 2021083476 W EP2021083476 W EP 2021083476W WO 2022122463 A1 WO2022122463 A1 WO 2022122463A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
particles
channel
enclosure
confined
gas flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2021/083476
Other languages
English (en)
Inventor
Frederic Kolenda
Guillaume PETAUD
Pascal Alix
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of WO2022122463A1 publication Critical patent/WO2022122463A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/02—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising gravity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B01D45/08—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by impingement against baffle separators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B01D46/0034—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions using magnetic forces to remove particles

Definitions

  • the invention is concerned with the treatment of air in confined or semi-confined spaces, such as parking lots for underground vehicles, road or even railway tunnels, but also individual dwellings, work spaces, or still spaces intended to accommodate young children (nurseries, schools, etc.).
  • these confined or semi-confined spaces include stations, corridors, trains, tunnels, commercial premises, technical rooms and train repair centers.
  • these spaces can be frequented by a transient population, users, and/or by a more or less permanent population, such as operating personnel or shopkeepers.
  • the combustion of fuel in heat engines is a major source of particle emissions, such as fine particles rich in PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons), but also soot particles, metallic particles, particles resulting from nucleation processes from several types of volatile chemical species, or even a combination of these different types of particles. These particles can have sizes ranging from a nanometer to several hundred nanometers, or even exceed a micron.
  • PAHs polycyclic aromatic hydrocarbons
  • Fine particles represent one of the main risk factors linked to urban air pollution for developing cancer. Fine particles can be particularly toxic because they penetrate deeply into the lungs and the bronchial tree.
  • Ventilation and extraction and/or air blowing systems are generally installed, the purpose of which is to improve the quality of the air, by renewing it by the "fresh" air blown in taken from outside and/or by extraction and rejection outside of stale air.
  • polluted air is depolluted in so-called “bypass” installations, the air being extracted, depolluted, then reinjected.
  • processes are known using physical filters (that is to say with frontal steric selectivity, such as for example sieves), electrostatic (that is to say using a additional energy for a change of state of molecules in the gas phase to promote electrostatic interactions), or even via the use of solid adsorbents (such as, for example, beds of activated carbon and other molecular sieves of the zeolite type).
  • physical filters that is to say with frontal steric selectivity, such as for example sieves
  • electrostatic that is to say using a additional energy for a change of state of molecules in the gas phase to promote electrostatic interactions
  • solid adsorbents such as, for example, beds of activated carbon and other molecular sieves of the zeolite type.
  • electrostatic filtration devices In road tunnels, for example, electrostatic filtration devices have already been considered to trap solid particles, the aim being in fact to improve visibility in the tunnels more than to clean up the atmosphere before discharge into the atmosphere. 'outside.
  • the devices most often used are electrostatic precipitators for particulate pollutants and chemical traps on absorbent surfaces for gaseous pollutants, so as to minimize the pressure drop of the air circulation. The results are often disappointing, especially for particles which can also “poison” chemical traps and render them ineffective.
  • their handling is complex, because they are operated under high voltage.
  • such a technology is limited to the capture of ionizable particles and more particularly of metallic elements.
  • the particle ionization step an essential prerequisite for their electrostatic precipitation, produces nitrogen dioxide (NO2) by reaction of NO with the ozone (O3) produced in the ionizer, which is an induced effect. harmful.
  • this device has the following drawbacks: toxicity of the capturing agents, management of the fluids (more or less dangerous), investment in a pump for liquids necessary, gas/liquid transfer to be controlled.
  • this system has a limited modularity (multi-chemical absorption and/or delicate physics for the same mixture) and requires drying of the outgoing air.
  • filters of the TFP type are also known, for example described in the following documents: EP 0626880 A1 ( US 5626651), EP0755294 B1 (US2003188636A), EP0851785 A2 (US6007593A).
  • the general principle of these filters consists in generating a zone with turbulent flows (gas speed of the order of 10 to 50 m/s) and an adjacent zone made up of calm spaces. Turbulence makes it possible to increase the probabilities of particles passing near calm zones, where they can sediment and/or be captured on collecting surfaces. The collected particles can be removed continuously or cyclically.
  • document EP 0626880 A1 (US 5626651) describes a device making it possible to eliminate particles contained in a current of fluid, by creating a turbulent flow. More specifically, this device comprises a vein in which the flow flows, and a series of parallel plates spaced a few centimeters apart, arranged at the base of the flow in a perpendicular manner. These plates generate eddies in the main flow of the vein, which come to "die” in a calm zone, behind the plates, the particles then settling on the surfaces of the plates.
  • the existing devices of the TFP type are effective for particles having a particle size greater than 1-2 microns, and this with efficiencies between 80 and 90%.
  • the capture efficiency drops rapidly to around 30/40%.
  • the preponderant capture mechanism is by impaction on a solid surface, the flow being brought to the solid surface by the creation of recirculation zones in turbulent flow. This type of chaotic flow promotes the number of impactions with the filter surface.
  • the present invention aims to improve the performance of TFP filters according to the prior art on classes of particles smaller than 1-2 microns by playing on the particle-surface interaction forces and on the scattering mechanism to capture more particles of 'ultrafine.
  • the filter according to the invention proposes a geometry which minimizes the pressure drop.
  • particulate filter according to one of these variants allows in situ and continuous regeneration, which is not possible for TFP filters according to the prior art.
  • the present invention relates to a device for removing at least particles from a gas stream originating from the air present in a confined or semi-confined environment, comprising at least one enclosure, said at least one enclosure comprising at least one channel whose 'longitudinal axis, in the service position, is horizontal, as well as an inlet and an outlet for passing said gas flow along said at least one channel.
  • the device is such that, in the service position, the roof of said at least one channel comprises means for generating a turbulent flow of said gas flow when it flows in said channel, and the base of said at least a channel comprises means for trapping at least said particles of said gas flow when it flows in said channel.
  • said at least one enclosure may comprise a plurality of mutually parallel channels arranged along an axis perpendicular to said gas flow.
  • said means for generating a turbulent flow of said gas flow when it flows in said at least one channel of said at least one enclosure may comprise a plurality of projecting elements arranged on the face internal of said roof of said at least one channel of said at least one enclosure.
  • said means for trapping at least said particles of said gas flow when it flows in said at least one channel of said at least one enclosure may comprise at least one body and means for holding said body at a predetermined temperature to generate partial condensation of the water vapor contained in said gas stream on at least said body.
  • said body the temperature of which is maintained at a temperature lower than the temperature of said gas flow, may comprise a layer formed in a heat-conducting material with open porosity.
  • said means for trapping at least said particles of said gas flow when it flows in said at least one channel of said at least one enclosure may further comprise means for evacuating condensates formed on the surface of said body.
  • said means for trapping at least said particles from at least one of said channels of said at least one enclosure may comprise a body having magnetic properties.
  • said body having magnetic properties may comprise at least one layer formed in a porous magnetic metallic material.
  • said body having magnetic properties may comprise at least one layer formed in a porous metallic material and said means for trapping at least said particles from at least one of said channels of said at least one enclosure may further comprise means for generating a magnetic field coupled to said body.
  • said means for trapping at least said particles from at least one of said channels of said at least one enclosure may comprise a granular medium consisting of particles whose maximum differences in surface roughness of the grains or particles are between 1 micron and 100 microns.
  • said device may comprise an arrangement formed by a plurality of said enclosures arranged in series along said gas flow.
  • said device may further comprise at least one complementary enclosure disposed downstream along said gas flow, said enclosure comprising photo-oxidation means and/or photo-catalysis means and/ or means for adsorption and/or means for absorbing molecules of gaseous pollutants contained in said gas stream.
  • the invention further relates to a method for eliminating at least particles present in the air from a confined or semi-confined medium comprising at least the following steps: a) leading, in the form of a gas stream, to the at least part of the air of said confined or semi-confined medium in at least one device for removing at least particles from a gaseous flow coming from the air present in a confined or semi-confined medium as described above ; b) at least said particles are removed from said gas flow by means of said at least one device.
  • the method may further comprise a step of regenerating said means for trapping at least said particles of said gas stream.
  • FIG. 1 schematically presents a non-limiting embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 2 schematically shows a cross section of a non-limiting embodiment of a first variant of the device according to the invention.
  • Figure 3 schematically shows a cross section of a non-limiting embodiment of a second variant of the device according to the invention.
  • FIG. 4 schematically presents a cross section of a non-limiting embodiment of a third variant of the device according to the invention.
  • FIG. 5 illustrates dimensions of a non-limiting embodiment of the device according to the invention.
  • the invention relates to a device for removing at least the particles from a gas flow coming from the air present in a confined or semi-confined environment.
  • the invention relates to a method for removing at least the particles from a gaseous stream coming from the air present in a confined or semi-confined environment.
  • confined environment is meant a closed space, respectively partially closed, such as car parks for underground vehicles, railway or road tunnels, individual housing, work spaces, or spaces intended to accommodate young children (nurseries, schools, etc.).
  • particles is meant any solid or liquid body with a size of less than 100 ⁇ m, optionally with a volatile phase (for example of the hydrocarbon type) which can be adsorbed on a solid phase.
  • the particles according to the invention can correspond to soot particles which are fine particles rich in PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons), but also particles resulting from the abrasion of parts such as for example metal particles resulting brake pads, particles from tire abrasion, but also pollen, etc.
  • the air to be treated comes from a confined or semi-confined environment and enters the device according to the invention in the form of a gas flow, that is to say that the air to processing enters the device according to the invention with a non-harmful flow and speed.
  • the speed of the gas flow can be between 1 and 10 m/s, preferably greater than 5 m/s to allow a highly turbulent flow.
  • the flow rate of the gas stream can be between 1000 to 10,000 m3/h, a high value being recommended when the device comprises several channels, as will be described below.
  • these means are in the form of networks of pipes, chimneys and various enclosures in fluidic connection with each other and equipped with ad hoc fans/extractors to ensure the circulation of the air from inside to outside the confined space and/or vice versa.
  • the device according to the invention By arranging the device according to the invention at the outlet of these ventilation/extraction means, the gas flow to be treated is caused to circulate in the device according to the invention, possibly without even having recourse to additional devices.
  • the device may also include its own ventilation means to ensure the supply and circulation of the gas flow in the device.
  • the device according to the invention comprises at least one enclosure.
  • the enclosure according to the invention can be parallelepipedic, cylindrical or any other shape.
  • the enclosure may consist of a portion of a duct at the outlet of the air extraction and/or ventilation means of the confined or semi-confined environment whose quality is to be improved. air.
  • the enclosure comprises at least one channel whose longitudinal axis, in the service position (that is to say when using the device), is horizontal.
  • the enclosure according to the invention further comprises at least one inlet and at least one outlet to cause the gas flow to cross along the channel.
  • the at least one inlet and the at least one outlet can be arranged on either side of the longitudinal ends of the channel.
  • the other walls of the enclosure are not equipped with means implemented in the filtration of the particles.
  • the internal faces of the side walls can be smooth, and only the base and the roof are equipped with means implemented in the filtration of the particles.
  • the channel according to the invention comprises at least a roof (that is to say the upper part of the channel, when the device is in the service position) and a base (that is to say the lower part of the channel , when the device is in service position).
  • the roof and/or the base of the channel can be flat or curved surfaces.
  • the roof and the base of the channel are flat surfaces and arranged parallel to each other.
  • the other faces of the channel can be of any geometry.
  • a channel in the enclosure when the enclosure corresponds to a portion of a cylindrical duct, a channel in the enclosure can be formed by two flat and horizontal surfaces extending up to intersections with the wall cylindrical of the duct.
  • the roof of the channel comprises means for generating a turbulent flow of the gas stream as it flows through the channel. It is quite clear that the means for generating a turbulent flow of the gas flow are distributed on the internal face of the roof of the channel.
  • the means for generating a turbulent flow of the gas flow arranged on the internal face of the channel roof can comprise a plurality of protruding elements, arranged perpendicular to the gas flow, distributed in the longitudinal directions and/or transverse on the internal face of the canal roof.
  • the projecting elements can for example be distributed according to rows and columns in a regular manner, or else the projecting elements can be distributed in staggered rows from one row to another.
  • the protrusions may be an integral part of the inner face of the channel roof or part of a plate which is attached to the inner face of the channel roof.
  • the salient elements may correspond to inverted pyramids, parallelepipeds, or be of any other geometry.
  • the height of the free volume of the channel (generally equal to the distance between the internal face of the roof of the channel and the internal face of the base of the channel, without counting the protruding elements) can be comprised between 1 and 10 cm, and the maximum height of the protruding elements of the internal face of the roof of the channel can be less than 50% of the height of the free volume of the channel.
  • the enclosure can have a width of 1 m, the distance between the protruding elements in the direction longitudinal to the flow can be between 2 and 5 cm, and the distance between the protruding elements in the direction transverse to the flow can be between 1 and 2.5 cm.
  • the base of the channel comprises means for trapping at least the particles of the gas flow. As will be described below, in particular in three variants, the means for trapping particles from the gas stream make it possible to intensify the surface interaction forces with the particles.
  • the gas flow enters at least one channel formed in an enclosure, encounters means for generating a turbulent flow distributed over the internal face of the roof of the channel, causing the creation of vortices, which makes it possible to intensify the diffusion of the fine and ultrafine particles and their collisions on the base of the channel, which comprises means for trapping at least the particles of the gas flow, these means being configured to intensify the forces of surface interaction with the particles.
  • the device can comprise a plurality of channels parallel to each other and arranged along an axis perpendicular to the flow.
  • the gas flow passes through a plurality of channels arranged in parallel.
  • This design is particularly advantageous for improving the filtration of particles, since the gas flow is distributed in parallel in a plurality of filters.
  • this makes it possible to reduce the pressure drop because the flow is produced by licking between mutually parallel surfaces.
  • the means for generating a turbulent flow are distributed so as to obtain the best compromise between the creation of vortices and the overall pressure drop.
  • this configuration makes it possible to reduce the longitudinal length of the channel.
  • the external face of the roof of a channel can correspond to the external face of the base of an overlying channel.
  • the means for trapping at least the particles of the gas flow of a channel can comprise at least one body and means for maintaining the body at a predetermined temperature to generate partial condensation of the vapor of water contained in the gas flow over the body.
  • the temperature of the body must be at least lower than the temperature of the gas flow.
  • the body corresponds to a layer formed in a material with open porosity, heat conductor.
  • a material with open porosity is a material in which a fluid can communicate with all the pores of this material.
  • the material of the layer has a porosity greater than 50%. Such porosity allows particles to penetrate the material and interact with the wet surface of the material.
  • the means for maintaining the body at a predetermined temperature to generate partial condensation of the water vapor contained in the gas flow over the body may comprise a heat exchanger, for example in the form of a plate heat exchanger, a flat coil or a U-shaped tube, in which circulates a coolant.
  • the heat exchanger can pass through the conductive layer with open porosity.
  • the heat exchanger may include openings allowing the passage of a fluid, in particular so that the film of liquid loaded with particles can flow by gravity.
  • An example of such a heat exchanger is a planar coil in which circulates a heat transfer fluid.
  • the layer forming the body of the means for trapping at least the particles of the gas flow can be formed in a metal foam (for example aluminum, steel, stainless or not, ... ) or any heat-conducting composite (such as a composite based on metal fibers or carbon).
  • a metallic foam of the Castfoam® type (Alvéotec, France).
  • the water vapor present in the gas stream will condense on the surface of the porous and cooled layer.
  • the wetting film thus formed (with a thickness of less than one millimeter preferably) on the surface of the porous layer will reinforce (compared to the absence of condensation) the capture of the particles present in the gas stream, in particular fine to ultrafine particles (of size less than 1 micron). Then the condensates will pass through the porous layer.
  • water-soluble gaseous pollutants such as for example NO2, NO, etc.
  • the base of the channel can advantageously comprise means for evacuating the condensates which contain the particles (and any other pollutants) outside the device.
  • These means for evacuating the condensates can be made in the form of a collecting tank underlying the means for trapping the particles of the gas stream, said tank being provided at its base with an opening arranged in the enclosure of the device.
  • the water laden with particles will flow by gravity along the means for trapping at least the particles of the gas flow, to be evacuated through the outlet provided at the base of the collecting tank (and therefore at the base of the channel).
  • the liquid thus evacuated can then be treated, in real time or a posteriori, in particular to eliminate the soluble pollutants contained in this liquid, for example by adding adjuvants in a gas-liquid contactor.
  • the device according to this first variant of the invention has the advantage of being self-regenerating. Indeed, in this variant, the collecting surfaces of particles are "cleared" of the particles which are deposited on their surface by the continuous formation of condensation of the water vapor present in the gas stream. The condensation traps the particles, and the resulting condensate is carried by gravity, for example to means for removing the condensates.
  • the means for trapping at least the particles of the gas flow may comprise a body having magnetic properties .
  • the body can be a layer formed in a porous magnetic metallic material, such as for example a porous ferromagnetic material such as iron, nickel, cobalt or any derived steel.
  • the means for trapping at least the particles of the gas flow comprise at least one layer formed in a porous metallic material (such as, for example, a paramagnetic material such as aluminum, manganese) coupled to means for generating a magnetic field (such as permanent magnets, or even electromagnets).
  • This second variant of the invention is particularly advantageous for the treatment of gas streams containing ferromagnetic particles.
  • This second variant of the invention will therefore be advantageously implemented to improve the air quality of railway tunnels, or of any industrial site producing metal particles (such as metal processing industries by drilling, abrasion, grinding, etc.). ..).
  • the device according to this second variant of the invention can be advantageously connected to means for regenerating means for trapping at least the particles of the gas flow.
  • these regeneration means may consist of washing by spraying or immersion of the surface collecting the metal particles, or else by suction.
  • the means for trapping at least the particles of the gas stream may comprise a granular medium.
  • the gas flow is brought, via the vortices generated by the means for generating a turbulent flow, to lick and/or penetrate the first layers of the bed without having the possibility of crossing the granular medium, which filters the particles. contained in this gas stream.
  • the granular medium is formed of particles (or grains) of size between 0.5 mm and 5 mm, and having a high surface roughness, that is to say a surface roughness of the grains are between 1 micron and 100 micron.
  • the particles constituting the granular medium can be of mineral, organic or metallic origin, and can be porous or non-porous.
  • particles of mineral oxides such as alumina, silica, titanium
  • products of natural origin resulting from grinding and sieving operations such as sand, natural zeolite, pozzolan, etc.
  • metallic products such as steel balls, or alternatively organic products such as polymeric resins.
  • the granular medium has a thickness of between 2 and 5 cm. The granular medium can rest on a support in the form of a grid whose mesh size is smaller than the size of the particles of the granular medium.
  • the sizing described above can allow the filtration of the particles of the gas stream having a size of between around ten nanometers and around ten microns.
  • digital simulation software for fluid dynamics (or CFD software) to size the particulate bed in order to contribute to effective filtration of the particles of the gas flow having a size between ten nanometers and ten nanometers. microns.
  • the device according to this third variant of the invention can be connected to means for regenerating the granular medium so as to prevent the clogging of the granular medium and/or to unclog the granular medium.
  • means for regenerating the granular medium may comprise means for regenerating by gaseous fluidization, such as means for gas insufflation and/or gas suction, or alternatively means for regenerating by vibration of the body.
  • the means for regenerating the granular medium may comprise means for regenerating by liquid fluidization, more precisely by injecting liquid (preferably water) against the current (relative to the direction of passage of the gas flow in the medium granular).
  • the device may comprise an arrangement of a plurality of enclosures, at least one enclosure being able to correspond to any one of the embodiments of any of the variants described above , these enclosures being arranged in series along the gas flow.
  • the device according to the invention can also comprise other types of enclosures than those described above, called complementary enclosures, in an arrangement of enclosures arranged in series along the gas flow.
  • a first additional enclosure comprising means for photo-oxidation and/or means for photo-catalysis of molecules of gaseous pollutants contained in the gas stream can be arranged downstream of one or more several enclosures according to the invention.
  • a second additional enclosure comprising means for adsorption and/or means for absorbing molecules of gaseous pollutants contained in the gas stream can be arranged downstream of one or more enclosures according to the invention and/or or the first additional enclosure described above.
  • the device can comprise an electronic/computer control system allowing manual, automatic or semi-automatic remote control.
  • the control system can comprise electronic/computer means connected on the one hand to means for measuring the quality of the air at the outlet of the device according to the invention and to means for controlling the device, in particular means for controlling the means for trapping the particles.
  • the means for measuring the quality of the air at the outlet of the device according to the invention can comprise a sensor for measuring particle concentrations.
  • the sensor for measuring particle concentrations may comprise means for remote analysis of the measurements carried out in situ, the measurements being transmitted for example by electric wire, by optical fiber or by a wireless communication system to these means of deported analysis.
  • connections can be provided by all known means (local internet network, etc.) and use the same connection system as that used, for example, for the monitoring and maintenance of ventilation/extraction means provided in confined or semi-confined environments.
  • the control system can also comprise means for alerting when the treatment of the air is insufficient by the device and the method according to the invention.
  • this alert can be triggered when the particle concentration is greater than a predefined threshold.
  • the alert can be given in the form of a visual or sound indication.
  • the alert means can be positioned in the immediate vicinity of the device or allow a remote alert, for example via an electronic message sent to a smartphone (smart telephone) and/or to a computer.
  • FIG. 1 schematically presents a non-limiting embodiment of the device according to the invention.
  • the device is formed by a parallelepipedic enclosure 1 traversed on one horizontal part (in the service position) thanks in part to a gaseous flow F1 (incoming flow), F2 (outgoing flow) in one direction with openings arranged (not shown) in the faces of the enclosure 1 perpendicular to the gas flow F1, F2.
  • This enclosure 1 comprises a single channel 2, whose roof 10,11 and base 20 are formed by an upper plate 10 and a lower plate 20 which are flat and parallel to each other, and by the side faces of the enclosure 1.
  • the plate upper plate 10 of channel 2 comprises protruding elements 11 in the form of parallelepipeds to generate a turbulent flow of the gas flow F1, F2 when it flows in channel 2.
  • the lower plate 20 of channel 2 comprises means for trapping the minus the particles of the gas flow (represented schematically by a texture on the lower face 20).
  • Figure 2 schematically shows a cross section of a non-limiting embodiment of the first variant of the device according to the invention in the service position.
  • the device is formed by a parallelepipedal enclosure 1, comprising a single channel 2.
  • the roof 10, 11 of the channel 2 comprises an upper plate 10 and projecting elements 11 in the form of parallelepipeds arranged on the internal face of the upper plate 10 to generate a turbulent flow of the gaseous flow when it flows in the internal volume of the channel 2.
  • the base 21, 22, 40, 41 of the channel 2 comprises means for trapping at least the particles of the flow gas 21, 22 in the form of a layer 21 of metal foam with open porosity traversed by a plate heat exchanger 22.
  • the interior volume of the channel 2 intended for the passage of the gas flow is globally comprised between the upper plate 10 and the layer 21 .
  • the heat exchanger 22 makes it possible to lower the temperature of the layer 21 with respect to the temperature of the gas flow, and thus to create a partial condensation of the water vapor contained in the gas flow at least on the surface of the layer 21. This condensation makes it possible to trap at least the particles contained in the gas flow passing through the internal volume of the channel 2 and driven towards the layer 21 by the vortices generated by the projecting elements 11 .
  • the condensates C thus formed percolate through the porosity of the layer 21, and reach condensate evacuation means 40, 41 by gravity.
  • the condensate evacuation means 40, 41 comprise a plate 40 underlying the means to trap at least the particles of the gas flow 21, 22, extending to the side walls of the enclosure 1, and an opening provided in the enclosure 1 above the plate 41.
  • Figure 3 schematically shows a cross section of a non-limiting embodiment of the second variant of the device according to the invention.
  • the device is formed by a parallelepipedal enclosure 1, comprising two channels 2 of identical structures and arranged along a vertical axis (in service position).
  • the roof 10, 11 of a channel 2 comprises an upper plate 10 having projecting elements 12 in the form of inverted pyramids to generate a turbulent flow of the gas stream as it flows through the interior volume of the channel 2.
  • the base of a channel 2 comprises means for trapping at least the particles of the gas flow 23, 24, in the form of a foam layer 23 formed in a porous metallic material coupled to an electromagnet 24.
  • volume interior of a channel 2 intended for the passage of the gas flow is generally comprised between the upper plate 10 and the layer 23.
  • the metal particles present in the gas flow passing through the interior volume of the channel 2 are driven towards the layer 23 by the vortices generated by the projecting elements 11, and are then trapped on the surface of the magnetic layer 23.
  • Figure 4 schematically shows a cross section of a non-limiting embodiment of the third variant of the device according to the invention in the service position.
  • the device is formed by a parallelepipedic enclosure 1, comprising two channels 2 of identical structures and arranged along a vertical axis.
  • the roof 10, 11 of a channel 2 comprises an upper plate 10 having projecting elements 12 in the form of inverted pyramids to generate a turbulent flow of the gas stream as it flows through the interior volume of the channel 2.
  • the base of a channel 2 comprises means for trapping at least the particles of the gas flow 25, 26, in the form of a granular medium 25 arranged on a grid 26.
  • the internal volume of a channel 2 intended for the passage of the gaseous flow is globally comprised between the upper plate 10 and the granular medium 25.
  • the particles present in the gas flow passing through the interior volume of the channel 2 are driven towards the granular medium 25 by the vortices generated by the projecting elements 11, and are then trapped in the granular medium 25.
  • the invention also relates, in a second aspect, to a method for eliminating at least particles from a gas stream originating from the air present in a confined or semi-confined medium.
  • the method according to the invention is implemented by means of the device according to any one of the embodiments described above. More specifically, the method according to the invention may comprise the following steps: a) at least part of the air present in a confined or semi-confined medium is led, in the form of a gaseous flow, into the device according to any of the embodiments described above; b) the particles contained in the gas flow are eliminated by means of a device according to any one of the embodiments described above.
  • the first step of the method according to the invention can be implemented by placing the device according to any one of the embodiments described above downstream of means of ventilation and/or extraction of the confined or semi-confined medium. of interest when such means exist. This is the case, for example, in a road tunnel equipped with air extractors/accelerators positioned in the vault of the tunnel.
  • the air present in the tunnel can flow back towards the inlet of the device according to the invention.
  • the method can be implemented with a variant of the device according to the invention comprising specific ventilation means to ensure the supply and circulation of the gas stream in the device.
  • the method may further comprise a step of regenerating the means for trapping at least the particles of the gas stream, by means of any one of the embodiments of the regeneration means described above for the different variants of the device according to the invention.
  • a device is considered formed by a parallelepiped-shaped enclosure, comprising a plurality of channels whose base comprises means for trapping at least the particles of the gas flow according to a non-limiting embodiment of the first variant of the device according to the invention.
  • the references are identical to those used for the previous figures.
  • FIG. 5 illustrates dimensions of this non-limiting embodiment of the device according to the invention.
  • a single channel 2 of the enclosure 1 is shown, for simplification purposes.
  • the roof 10, 11 of the channel 2 comprises an upper plate 10 and protruding elements 11 in the form of parallelepipeds arranged on the internal face of the upper plate 10 to generate a turbulent flow of the gas flow when it flows in the volume inside the channel 2.
  • the base 21, 22, 40 of the channel 2 comprises means for trapping at least the particles of the gas stream 21, 22 in the form of a layer 21 of metal foam with open porosity through which a heat exchanger plates 22.
  • the base 21, 22, 40 of the channel 2 further comprises condensate evacuation means 40 in the form of a plate 40 underlying the means for trapping at least the particles of the gas stream 21, 22, and an opening (not shown) arranged in enclosure 1 above plate 40.
  • This enclosure has been dimensioned to allow a reduction of between 50 and 80% of the particles by weight, the particles having a size at least greater than 0.5 ⁇ m, preferably greater than 0.1 ⁇ m, for a flow speed of 8 m/s, i.e. 1440 m 3 /h of volume flow.
  • Width I of the enclosure 1 m
  • Length L of the enclosure 2 m
  • Thickness e of the foam layer 0.03 m
  • projecting elements 11 made up of welded strips 10 cm long, 2 cm high and 2 cm thick, spaced over the width I and over the length L by 10 cm.
  • the device according to the invention makes it possible to improve the performance of the TFP filters according to the prior art on classes of particles less than 1 -2 microns, by increasing on the one hand the forces of particle - surface interactions, and d on the other hand the diffusion mechanism. Furthermore, the geometry of the device according to the invention, with a flow in parallel and narrow channels, makes it possible to minimize the pressure drop.
  • the device according to its first variant means for trapping at least the particles of the gas flow allows regeneration of the filter in situ and continuously.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif pour éliminer au moins des particules d'un flux gazeux (F1, F2) provenant de l'air présent dans un milieu confiné ou semi-confiné, comprenant au moins une enceinte (1), cette enceinte (1) comprenant au moins un canal (2) dont l'axe longitudinal, en position de service, est horizontal, ainsi qu'une entrée et une sortie pour faire traverser le flux gazeux (F1, F2) le long du canal (2). Selon l'invention, le toit (10, 11) du canal (2) comprend des moyens pour générer un écoulement turbulent (11) du flux gazeux (F1, F2) lorsqu'il s'écoule dans le canal (2), et la base (21, 22, 40, 41) du canal (2) comprend des moyens (21, 22, 40, 41) pour piéger au moins les particules du flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans le canal (2). L'invention concerne en outre un procédé pour éliminer au moins des particules d'un flux gazeux provenant de l'air présent dans un milieu confiné ou semi-confiné.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE POUR DEPOLLUER L'AIR DE MILIEUX CONFINES OU SEMI- CONFINES
Domaine technique
L’invention s’intéresse au traitement de l’air dans des espaces confinés ou semi-confinés, tels que des parcs de stationnement de véhicules souterrains, des tunnels routiers ou encore ferroviaires, mais également des logements individuels, des espaces de travail, ou encore des espaces destinés à accueillir des jeunes enfants (crèches, écoles, etc).
Notamment dans le cas de réseaux de transports souterrains de type ferrés, ces espaces confinés ou semi-confinés, incluent les gares, les couloirs, les rames, les tunnels, les locaux commerciaux, les locaux techniques et les centres de dépannage des trains.
De manière générale, ces espaces peuvent être fréquentés par une population de passage, des usagers, et/ou par une population plus ou moins permanente, comme un personnel d’exploitation ou des commerçants.
La combustion de carburant dans les moteurs thermiques est une source importantes d'émission de particules, telles que les particules fines riches en HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), mais aussi les particules de suie, les particules métalliques, les particules issues de processus de nucléation à partir de plusieurs types d’espèces chimiques volatiles, ou encore une combinaison de ces différents types de particules. Ces particules peuvent avoir des tailles allant du nanomètre à plusieurs centaines de nanomètres, voire dépasser le micron.
Mais les particules présentes dans l’atmosphère ou l'air ambiant peuvent avoir de nombreuses origines et/ou résulter de processus d’évolution complexes faisant intervenir des phénomènes de transport sur de larges échelles et de transformation photochimique notamment. En particulier les particules en suspension dans l'air peuvent provenir également de l’usure des pneumatiques ou des organes de freinage des véhicules, ou tout simplement de la dégradation des revêtements routiers (poussières). Leur petite taille, de l’ordre de quelques microns, explique leur maintien en suspension dans l’air. Pour les enceintes ferroviaires souterraines (EFS) les constituants majeurs identifiés sont différents matériaux dont le fer, du carbone élémentaire et du carbone organique. On peut aussi ajouter les poussières terrigènes, notamment composées de silice, liées à l'érosion des sols.
Ces particules, dont les sources sont très nombreuses, présentent une très grande variabilité de taille, allant du nanomètre à plusieurs dizaines de microns, et une très grande variabilité de composition qui peut être organique et/ou inorganique. En particulier, les particules fines représentent l'un des principaux facteurs de risque liés à la pollution de l’air en milieu urbain de développer un cancer. Les particules fines peuvent se révéler particulièrement toxiques car elles pénètrent profondément les poumons et l'arbre bronchique.
Dans ces différents lieux confinés ou semi-confinés, sont généralement installés des systèmes de ventilation et d’extraction et/ou d’insufflation d’air, qui ont pour but d'améliorer la qualité de l’air, en le renouvelant par de l’air « frais » insufflé prélevé à l’extérieur et/ou par extraction et rejet à l’extérieur d’air vicié. Dans certains cas, une dépollution de l’air vicié est réalisée dans des installations dites « en dérivation », l’air étant extrait, dépollué, puis réinjecté.
Cependant, ces systèmes s’avèrent insuffisants pour garantir une qualité d’air correcte dans ces lieux confinés. Par exemple, pour les réseaux ferrés de type métro, on vient prélever de l’air extérieur urbain pour renouveler l’air. Or l’air urbain peut déjà présenter un niveau de pollution significatif, notamment en termes de particules fines mais également en termes de polluants gazeux (comme les NOx, les COV, ou les dérivés soufrés comme les oxydes de soufre SOx), notamment du fait du trafic automobile, du chauffage urbain, ou d’activités industrielles proches.
Quant aux espaces confinés du type tunnels routiers ou parcs de stationnement, où l’air est chargé de particules et de gaz polluant du fait du trafic routier souterrain, on vient extraire cet air pollué pour le rejeter à l’extérieur, en venant ainsi polluer l’atmosphère extérieure proche de ces espaces confinés.
Il existe donc un réel besoin de traiter l’air arrivant dans et/ou extrait de ces espaces confinés, pour améliorer la qualité de l’air dans ces espaces, et/ou l’air dans leur voisinage.
Technique antérieure
De manière générale, concernant la capture des particules, on connait des procédés utilisant des filtres physiques (c’est-à-dire à sélectivité stérique frontale, comme par exemple des tamis), électrostatiques (c’est-à-dire en employant une énergie supplémentaire pour un changement d’état des molécules en phases gaz pour en favoriser les interactions électrostatiques), ou encore via l'emploi d'adsorbants solides (comme par exemple des lits de charbon actif et autre tamis moléculaire type zéolite).
Les filtres physiques ont comme principal inconvénient leur encrassement avec le temps. Si cet encrassement peut s’avérer bénéfique pour la capture des plus petites particules (leur porosité diminue avec l'encrassement, ce qui les rend de plus en plus sélectif envers les plus petites particules), les pertes de charges et les vitesses gaz s’en voient fortement modifiées entraînant une perte de performance globale. Il est alors nécessaire de procéder à une régénération du milieu filtrant.
Dans les tunnels routiers par exemple, on a déjà envisagé des dispositifs de filtration électrostatique pour piéger les particules solides, l’objectif visé étant en fait d’améliorer la visibilité dans les tunnels plus que d’en dépolluer l’atmosphère avant rejet à l’extérieur. Comme les débits d’air sont souvent importants, de quelques dizaines à quelques centaines de m3 par seconde, et les concentrations en polluants très petites, de l’ordre du milligramme par m3 ou moins, les dispositifs le plus souvent employés sont des dépoussiéreurs électrostatiques pour les polluants particulaires et des pièges chimiques sur surfaces absorbantes pour les polluants gazeux, de manière à minimiser la perte de charge de la circulation d’air. Les résultats sont souvent décevants, notamment pour les particules qui peuvent également « empoisonner » les pièges chimiques et les rendre inefficaces. Or leur manutention est complexe, car opérée sous haute tension. De plus, une telle technologie est limitée à la capture des particules ionisables et plus particulièrement des éléments métalliques. En outre, l’étape d’ionisation des particules, préalable indispensable à leur précipitation électrostatique, produit du dioxyde d’azote (NO2) par réaction de NO avec l’ozone (O3) produit dans le ioniseur, ce qui est un effet induit néfaste.
On connait aussi la demande WO 2019/192827 A1 qui concerne un procédé et un dispositif de traitement d’air d’un espace confiné pour l’appauvrir en composés gazeux polluants et en particules solides. Plus précisément, on conduit dans un dispositif de lavage au moins une partie de l’air à traiter au contact d’un écoulement d’un effluent liquide comprenant au moins un composé actif vis-à-vis du ou d’au moins un des composés gazeux polluants, de sorte que l'effluent liquide au contact de l’air à traiter se charge en particules et agit sur ledit composé gazeux, par exemple par absorption, puis éventuellement par conversion chimique notamment du type oxydation ou réduction. Toutefois, ce dispositif présente les inconvénients suivants : toxicité des agents captants, management des fluides (plus ou moins dangereux), investissement en pompe pour liquides nécessaire, transfert gaz/liquide à contrôler. De plus, ce système a une modularité limitée (multi-absorption chimique et/ou physique délicate pour un même mélange) et demande à assécher l’air sortant.
Dans le domaine de la filtration des particules uniquement, on connait également les filtres de type TFP ("Turbulent Flow Precipitator" en anglais, et "Précipitateur à Flux Turbulent" en français), par exemple décrits dans les documents suivantes : EP 0626880 A1 (US 5626651 ), EP0755294 B1 (US2003188636A), EP0851785 A2 (US6007593A). Le principe général de ces filtres consiste à générer une zone avec des écoulements turbulents (vitesse gaz de l'ordre de 10 à 50 m/s) et une zone adjacente constituée d’espaces calmes. La turbulence permet d’augmenter les probabilités de passage des particules aux abords des zones calmes, où elles peuvent sédimenter et/ou être captées sur des surfaces collectrices. Les particules collectées peuvent être éliminées en continu ou bien de manière cyclique.
En particulier, le document EP 0626880 A1 (US 5626651 ) décrit un dispositif permettant d'éliminer des particules contenues dans un courant de fluide, par création d'un écoulement turbulent. Plus précisément, ce dispositif comporte une veine dans laquelle s'écoule le flux, et une série de plaques parallèles espacées de quelques centimètres, disposées à la base du flux de manière perpendiculaire. Ces plaques génèrent des tourbillons dans l’écoulement principal de la veine, qui viennent "mourir" dans une zone calme, derrière les plaques, les particules se déposant alors sur les surfaces des plaques.
On connait également le document EP0755294 B1 (US2003188636A) qui décrit des perfectionnements du dispositif décrit dans le document EP 0626880 A1 (US 5626651), notamment différentes géométries de la veine (rectangulaire, annulaire, spiralée..), et des plaques pouvant comprendre des matériaux céramiques poreux ou encore des tissus en fibres pour retenir les fines particules
On connait en outre le document EP0851785 A2 (US6007593A) qui décrit un dispositif d'agglomération destiné à augmenter la taille de fines particules en suspension dans un courant de gaz turbulent, afin d'améliorer leur piégeage.
De manière générale, les dispositifs existants de type TFP sont efficaces pour des particules ayant une taille granulométrique supérieure à 1-2 microns, et ce avec des efficacités entre 80 et 90%. Lorsque la taille des particules devient inférieure à cette plage de 1-2 microns, l’efficacité de capture chute rapidement pour avoisiner 30/40% .
D’autre part, l’utilisation de la turbulence à haute dose (écoulement de 10 à 50 m/s) génère beaucoup de perte de charge, ce qui pénalise les filtres TFP selon l'art antérieur.
En effet, pour des particules de taille supérieure à 1 -2 microns, le mécanisme prépondérant de capture est par impaction sur une surface solide, le flux étant apporté sur la surface solide par la création de zones de recirculation en écoulement turbulent. Ce type d’écoulement chaotique favorise le nombre d’impactions avec la surface du filtre.
Lorsque la taille des particules devient submicronique, d’autres mécanismes de capture prennent le relais :
- l’interception directe : une particule de taille inférieure à 1 micron peut être interceptée par la surface du filtre si sa ligne de courant est très proche de la surface (de l’ordre du diamètre des particules) ; - la diffusion brownienne : ce mécanisme est significatif pour une particule de faible taille (inférieure à 1 microns) qui sous l’action de l’agitation brownienne quitte sa ligne de courant pour venir au contact de la surface ;
Les forces de surfaces (électrostatiques...) : peuvent modifier la trajectoire de la particule et favoriser sa capture par interception directe.
La présente invention vise à améliorer les performances des filtres TFP selon l'art antérieur sur des classes de particules inférieures à 1-2 microns en jouant sur les forces d’interactions particule - surface et sur le mécanisme de diffusion pour capturer davantage de particules d’ultrafines.
En outre, le filtre selon l'invention propose une géométrie qui minimise la perte de charge.
De plus, le filtre à particules selon l'une de ces variantes permet une régénération in situ et en continu, ce qui n'est pas possible pour les filtres TFP selon l'art antérieur.
Résumé de l’invention
La présente invention concerne un dispositif pour éliminer au moins des particules d'un flux gazeux provenant de l'air présent dans un milieu confiné ou semi-confiné, comprenant au moins une enceinte, ladite au moins une enceinte comprenant au moins un canal dont l'axe longitudinal, en position de service, est horizontal, ainsi qu'une entrée et une sortie pour faire traverser ledit flux gazeux le long dudit au moins un canal.
Selon l'invention, le dispositif est tel que, en position de service, le toit dudit au moins un canal comprend des moyens pour générer un écoulement turbulent dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit canal, et la base dudit au moins un canal comprend des moyens pour piéger au moins lesdites particules dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit canal.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, ladite au moins une enceinte peut comprendre une pluralité de canaux parallèles entre eux et disposés le long d'un axe perpendiculaire audit flux gazeux.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, lesdits moyens pour générer un écoulement turbulent dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit au moins un canal de ladite au moins une enceinte peuvent comprendre une pluralité d'éléments saillants disposés sur la face interne dudit toit dudit au moins un canal de ladite au moins une enceinte.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, lesdits moyens pour piéger au moins lesdites particules dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit au moins un canal de ladite au moins une enceinte peuvent comprendre au moins un corps et des moyens pour maintenir ledit corps à une température prédéterminée pour générer une condensation partielle de la vapeur d'eau contenue dans ledit flux gazeux sur au moins ledit corps.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, ledit corps dont la température est maintenue à une température inférieure à la température dudit flux gazeux peut comprendre une couche formée dans un matériau conducteur de chaleur et à porosité ouverte.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, lesdits moyens pour piéger au moins lesdites particules dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit au moins un canal de ladite au moins une enceinte peuvent comprendre en outre des moyens d'évacuation des condensais formés à la surface dudit corps.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, lesdits moyens pour piéger au moins lesdites particules d'au moins un desdits canaux de ladite au moins une enceinte peuvent comprendre un corps ayant des propriétés magnétiques.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, ledit corps ayant des propriétés magnétiques peut comprendre au moins une couche formée dans un matériau métallique poreux magnétique. Selon une mise en oeuvre de l'invention, ledit corps ayant des propriétés magnétiques peut comprendre au moins une couche formée dans un matériau métallique poreux et lesdits moyens pour piéger au moins lesdites particules d'au moins un desdits canaux de ladite au moins une enceinte peuvent comprendre en outre des moyens de génération d'un champ magnétique couplé audit corps.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, lesdits moyens pour piéger au moins lesdites particules d'au moins un desdits canaux de ladite au moins une enceinte peuvent comprendre un milieu granulaire constitué de particules dont les écarts maximum de rugosité de surface des grains ou particules sont compris entre 1 microns et 100 microns.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, ledit dispositif peut comprendre un arrangement formé par une pluralité desdites enceintes disposées en série le long dudit flux gazeux.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, ledit dispositif peut comprendre en outre au moins une enceinte complémentaire disposée en aval le long dudit flux gazeux, ladite enceinte comprenant des moyens de photo-oxydation et/ou des moyens de photo-catalyse et/ou des moyens d'adsorption et/ou des moyens d'absorption de molécules de polluants gazeux contenus dans ledit flux gazeux.
L'invention concerne en outre un procédé pour éliminer au moins des particules présentes dans l'air d'un milieu confiné ou semi-confiné comprenant au moins les étapes suivantes : a) on conduit, sous la forme d'un flux gazeux, au moins une partie de l’air dudit milieu confiné ou semi-confiné dans au moins un dispositif pour éliminer au moins des particules d'un flux gazeux provenant de l'air présent dans un milieu confiné ou semi-confiné tel que décrit ci- dessus ; b) on élimine au moins lesdites particules dudit flux gazeux au moyen dudit au moins un dispositif.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, le procédé peut comprendre en outre une étape de régénération desdits moyens pour piéger au moins lesdites particules dudit flux gazeux.
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif et du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures
La figure 1 présente de manière schématique un mode de réalisation non limitatif du dispositif selon l'invention.
La figure 2 présente de manière schématique une section transversale d'un mode de réalisation non limitatif d'une première variante du dispositif selon l'invention.
La figure 3 présente de manière schématique une section transversale d'un mode de réalisation non limitatif d'une deuxième variante du dispositif selon l'invention.
La figure 4 présente de manière schématique une section transversale d'un mode de réalisation non limitatif d'une troisième variante du dispositif selon l'invention.
La figure 5 illustre des dimensionnements d'un mode de réalisation non limitatif du dispositif selon l'invention.
Description des modes de réalisation
Selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif pour éliminer au moins les particules d'un flux gazeux provenant de l'air présent d'un milieu confiné ou semi-confiné.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un procédé pour éliminer au moins les particules d'un flux gazeux provenant de l'air présent d'un milieu confiné ou semi-confiné.
Par milieu confiné, respectivement semi-confiné, on entend un espace clos, respectivement partiellement clos, tels que des parkings de véhicules souterrains, des tunnels ferroviaires ou routiers, des logements individuels, des espaces de travail, ou encore des espaces destinés à accueillir des jeunes enfants (crèches, écoles, etc). Par particules, on entend tout corps solide ou liquide de dimension inférieur à 100 pm, avec éventuellement une phase volatile (par exemple de type d'hydrocarbures) pouvant être adsorbée sur une phase solide. De manière non limitative, les particules selon l'invention peuvent correspondre à des particules de suie qui sont des particules fines riches en HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), mais aussi des particules provenant de l’abrasion de pièces comme par exemple des particules métalliques issues de plaquettes de frein, des particules provenant de l’abrasion de pneus, mais aussi des pollens, etc.
Selon l'invention, l'air à traiter provient d'un milieu confiné ou semi-confiné et entre dans le dispositif selon l'invention sous la forme d'un flux gazeux, c'est-à-dire que l'air à traiter entre dans le dispositif selon l'invention avec un débit et une vitesse non nuis. Avantageusement, la vitesse du flux gazeux peut être comprise entre 1 et 10 m/s, de préférence supérieure à 5 m/s pour permettre un écoulement fortement turbulent. Préférentiellement, le débit du flux gazeux peut être compris entre 1000 à 10 000 m3/h, une valeur élevée étant préconisée lorsque le dispositif comporte plusieurs canaux, tel que cela sera décrit ci-dessous. Ces vitesses et débits sont classiques en sortie de moyens d'extraction d'air et/ou de ventilation des milieux confinés ou semi-confinés. Concrètement, ces moyens sont sous forme de réseaux de conduites, de cheminées et d’enceintes diverses en connexion fluidique les un(e)s avec les autres et équipé(e)s de ventilateurs/extracteurs ad hoc pour assurer la circulation de l’air depuis l’intérieur vers l’extérieur de l’espace confiné et/ou l’inverse. En disposant le dispositif selon l'invention en sortie de ces moyens de ventilation/extraction, le flux gazeux à traiter est conduit à circuler dans le dispositif selon l'invention éventuellement sans même avoir recours à des dispositifs supplémentaires. Alternativement, si de tels moyens de ventilation/extraction ne sont pas existants in situ ou sont d'accès difficiles ou impossibles, le dispositif peut aussi comprendre des moyens de ventilation propres pour assurer l’amenée et la circulation du flux gazeux dans le dispositif.
Le dispositif selon l'invention comprend au moins une enceinte. L'enceinte selon l'invention peut être de forme parallélépipédique, cylindrique ou de toute autre forme. Selon une mise en oeuvre de l'invention, l'enceinte peut consister en une portion d'un conduit en sortie de moyens d'extraction d'air et/ou de ventilation du milieu confiné ou semi-confiné dont on souhaite améliorer la qualité de l'air.
Selon l'invention, l'enceinte comprend au moins un canal dont l'axe longitudinal, en position de service (c'est-à-dire lors de l'utilisation du dispositif), est horizontal. L'enceinte selon l'invention comporte en outre au moins une entrée et au moins une sortie pour faire traverser le flux gazeux le long du canal. De préférence, l’au moins une entrée et l’au moins une sortie peuvent être disposées de part et d’autre des extrémités longitudinales du canal. Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, les autres parois de l’enceinte (appelées parois latérales) ne sont pas équipés de moyens mis en oeuvre dans la filtration des particules. En d’autres termes, les faces internes des parois latérales peuvent être lisses, et seuls la base et le toit sont équipés de moyens mis en oeuvre dans la filtration des particules.
Le canal selon l'invention comporte aux moins un toit (c'est-à-dire la partie supérieure du canal, lorsque le dispositif est en position de service) et une base (c'est-à-dire la partie inférieure du canal, lorsque le dispositif est en position de service). Le toit et/ou la base du canal peuvent être des surfaces planes ou incurvées. De manière préférée, le toit et la base du canal sont des surfaces planes et disposées parallèlement entre elles. Les autres faces du canal peuvent être de géométrie quelconque. Selon une mise en oeuvre de l'invention, lorsque l'enceinte correspond à une portion d'un conduit cylindrique, un canal dans l'enceinte peut être formé par deux surfaces planes et horizontales s'étendant jusqu'à des intersections avec la paroi cylindrique du conduit.
Selon l'invention, le toit du canal comprend des moyens pour générer un écoulement turbulent du flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans le canal. Il est bien clair que les moyens pour générer un écoulement turbulent du flux gazeux sont distribués sur la face interne du toit du canal.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, les moyens pour générer un écoulement turbulent du flux gazeux disposés sur la face interne du toit canal peuvent comprendre une pluralité d'éléments saillants, disposés de manière perpendiculaire au flux gazeux, répartis dans les directions longitudinales et/ou transversales sur face interne du toit canal. Les éléments saillants peuvent par exemple être répartis selon des rangées et des colonnes de manière régulière, ou bien les éléments saillants peuvent être répartis en quinconce d'une rangée à une autre. Les éléments saillants peuvent faire partie intégrante de la face interne du toit du canal ou faire partie d'une plaque qui est adjointe à la face interne du toit du canal. Les éléments saillants peuvent correspondre à des pyramides inversées, à des parallélépipèdes, ou être de tout autre géométrie.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, la hauteur du volume libre du canal (globalement égale à la distance entre la face interne du toit du canal et la face interne de la base du canal, sans compter les éléments saillants) peut être comprise entre 1 et 10 cm, et la hauteur maximale des éléments saillants de la face interne du toit du canal peut être inférieure à 50% de la hauteur du volume libre du canal. Selon une conception, l'enceinte peut avoir une largeur de 1 m, la distance entre les éléments saillants dans la direction longitudinale au flux peut être comprise entre 2 et 5 cm, et la distance entre les éléments saillants dans la direction transversale au flux peut être comprise entre 1 et 2.5 cm. Selon l'invention, la base du canal comprend des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux. Comme cela sera décrit ci-dessous, notamment dans trois variantes, les moyens pour piéger des particules du flux gazeux permettent d'intensifier les forces d’interaction de surface avec les particules.
Ainsi selon l'invention, le flux gazeux pénètre dans au moins un canal formé dans une enceinte, rencontre des moyens pour générer un écoulement turbulent répartis sur la face interne du toit du canal, provoquant la création de tourbillons, ce qui permet d'intensifier la diffusion des fines et ultrafines particules et leurs collisions sur la base du canal, qui comprend des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux, ces moyens étant configurés pour intensifier les forces d’interaction de surface avec les particules.
De manière avantageuse, le dispositif peut comprendre une pluralité de canaux parallèles entre eux et disposés le long d'un axe perpendiculaire au flux. Autrement dit, selon cette configuration, le flux gazeux traverse une pluralité de canaux disposés en parallèle. Cette conception est particulièrement avantageuse pour améliorer la filtration des particules, car le flux gazeux est réparti en parallèle dans une pluralité de filtres. De plus, cela permet de réduire la perte de charge car l'écoulement est réalisé par léchage entre des surfaces parallèles entre elles. Par ailleurs, les moyens pour générer un écoulement turbulent sont répartis de manière à obtenir le meilleur compromis entre la création de tourbillons et la perte de charge globale. Ainsi, cette configuration permet de réduire la longueur longitudinale du canal. Avantageusement, la face externe du toit d'un canal peut correspondre à la face externe de la base d'un canal sus-jacent.
Selon une première variante de l'invention, les moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux d'un canal peuvent comprendre au moins un corps et des moyens pour maintenir le corps à une température prédéterminée pour générer une condensation partielle de la vapeur d'eau contenue dans le flux gazeux sur le corps. Il est bien clair que la température du corps doit être au moins inférieure à la température du flux gazeux. Selon une mise en oeuvre de l'invention, le corps correspond à une couche formée dans un matériau à porosité ouverte, conducteur de la chaleur. Un matériau à porosité ouverte est un matériau dans lequel un fluide peut communiquer avec l'ensemble des pores de ce matériau. De préférence, le matériau de la couche a une porosité supérieure à 50%. Une telle porosité permet aux particules de pénétrer dans le matériau et d’interagir avec la surface mouillée du matériau. Le film de liquide formé à la surface peut alors s’écouler librement, par gravité, au travers de la porosité. Selon une mise en oeuvre de l'invention, les moyens pour maintenir le corps à une température prédéterminée pour générer une condensation partielle de la vapeur d'eau contenue dans le flux gazeux sur le corps peuvent comprendre un échangeur de chaleur, par exemple sous la forme d'un échangeur à plaques, d'un serpentin plan ou d'un tube en forme de U, dans lequel circule un fluide caloporteur. Avantageusement l'échangeur de chaleur peut traverser la couche conductrice à porosité ouverte. Préférentiellement l'échangeur de chaleur peut comporter des ouvertures permettant le passage d'un fluide, notamment pour que le film de liquide chargé en particules puisse s'écouler par gravité. Un exemple d'un tel l'échangeur de chaleur est un serpentin plan dans lequel circule un fluide caloporteur.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, la couche formant le corps des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux peut être formée dans une mousse en métal (par exemple en aluminium, en acier, inoxydable ou non, ...) ou en tout composite conducteur de chaleur (comme par exemple un composite à base de fibres métallique ou de carbone). Selon une mise en oeuvre particulière de l'invention, on peut utiliser une mousse métallique de type Castfoam® (Alvéotec, France).
Selon ces différentes conceptions de la première variante de l'invention, la vapeur d'eau présente dans le flux gazeux va condenser à la surface de la couche poreuse et refroidie. Le film mouillant ainsi formé (d'épaisseur inférieure au millimètre de préférence) à la surface de la couche poreuse va renforcer (par rapport à l'absence de condensation) la capture des particules présentes dans le flux gazeux, notamment des particules fines à ultrafines (de taille inférieure à 1 microns). Puis les condensais vont traverser la couche poreuse. Il est bien clair que des polluants gazeux solubles dans l'eau (comme par exemple le NO2, le NO,..) peuvent aussi être captés lors de la mise en oeuvre de cette variante de l'invention.
Selon cette première variante de l'invention, la base du canal peut comprendre avantageusement des moyens pour évacuer les condensais qui contiennent les particules (et les éventuels autres polluants) à l'extérieur du dispositif. Ces moyens pour évacuer les condensais peuvent être réalisés sous la forme d'un bac collecteur sous-jacent aux moyens pour piéger les particules du flux gazeux, ledit bac étant muni à sa base d'une ouverture aménagée dans l'enceinte du dispositif. De cette manière, l'eau chargée de particules va s'écouler par gravité le long des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux, pour être évacuée par la sortie aménagée à la base du bac collecteur (et donc à la base du canal). Selon une mise en oeuvre de cette variante, le liquide ainsi évacué peut alors être traité, en temps réel ou a posteriori, notamment pour éliminer les polluants solubles contenus dans ce liquide, par exemple par ajout d’adjuvants dans un contacteur gaz-liquide.
Il est bien clair que le dispositif selon cette première variante de l'invention présente l'avantage d'être auto-régénérant. En effet, dans cette variante, les surfaces collectrices de particules sont "débarrassées" des particules qui se déposent à leur surface par la formation, en continu, d'une condensation de la vapeur d'eau présente dans le flux gazeux. La condensation piège les particules, et le condensât résultant est emporté par gravité, par exemple jusqu'à des moyens pour évacuer les condensais.
Selon une deuxième variante de mise en oeuvre de l'invention pouvant être combinée à l'une quelconque des variantes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux peuvent comprendre un corps ayant des propriétés magnétiques. Selon une mise en oeuvre, le corps peut être une couche formée dans un matériau métallique poreux magnétique, comme par exemple, un matériau poreux ferromagnétique tel que le fer, le nickel, le cobalt ou tout acier dérivé. Alternativement, les moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux comprennent au moins une couche formée dans un matériau métallique poreux (comme par exemple, un matériau paramagnétique tel que de l'aluminium, du manganèse) couplée à des moyens de génération d'un champ magnétique (tels que des aimants permanents, ou encore des électro-aimants). Cette deuxième variante de l'invention est particulièrement avantageuse pour le traitement de flux gazeux contenant des particules ferromagnétiques. Cette deuxième variante de l'invention sera donc avantageusement mise en oeuvre pour améliorer la qualité de l'air de tunnels ferroviaires, ou de tout site industriel produisant des particules métalliques (comme des industries de transformation des métaux par perçage, abrasion, broyage, ...). Le dispositif selon cette deuxième variante de l'invention peut être avantageusement raccordé à des moyens de régénération des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux. Selon une mise en oeuvre, ces moyens de régénération peuvent consister en un lavage par aspersion ou immersion de la surface collectrice des particules métalliques, ou encore par aspiration.
Selon une troisième variante de mise en oeuvre de l'invention pouvant être combinée à l'une quelconque des variantes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux peuvent comprendre un milieu granulaire. On peut aussi parler de lit granulaire. Selon cette conception, le flux gazeux est amené, via les tourbillons générés par les moyens pour générer un écoulement turbulent, à lécher et/ou à pénétrer dans les premières couches du lit sans avoir la possibilité de traverser le milieu granulaire, qui filtre les particules contenues dans ce flux gazeux. Avantageusement, le milieu granulaire est formée de particules (ou de grains) de taille comprise entre 0,5 mm et 5 mm, et présentant une rugosité de surface élevée, c'est-à-dire une rugosité de surface des grains sont compris entre 1 microns et 100 microns. Selon une mise en oeuvre, les particules constituant le milieu granulaire peuvent être d'origine minérale, organique ou métallique, et peuvent être poreuses ou non poreuses. Avantageusement, on peut utiliser des particules d’oxydes minéraux (tels que des alumines, des silices, du titane) ou des produits d'origine naturel issus d’opérations de broyage et tamisage (comme du sable, de la zéolithe naturelle, de la pouzzolane, etc.) pour constituer le milieu granulaire selon cette troisième variante de l'invention. On peut également envisager des produits métalliques comme des billes d’acier, ou encore des produits organiques tels que des résines polymériques. Avantageusement, le milieu granulaire a une épaisseur comprise entre 2 et 5 cm. Le milieu granulaire peut reposer sur un support sous la forme d'une grille dont la taille des mailles est inférieure à la taille des particules du milieu granulaire. De manière générale, les dimensionnements décrits ci- dessus peuvent permettre la filtration des particules du flux gazeux ayant une taille comprise entre une dizaine de nanomètres et une dizaine de microns. Avantageusement, on peut utiliser un logiciel de simulation numérique de la dynamique des fluides (ou logiciel CFD) pour dimensionner le lit particulaire afin de contribuer à une filtration efficace des particules du flux gazeux ayant une taille comprise entre une dizaine de nanomètres et une dizaine de microns.
Très préférentiellement, le dispositif selon cette troisième variante de l'invention peut être raccordé à des moyens de régénération du milieu granulaire de manière prévenir le colmatage du milieu granulaire et/ou à décolmater le milieu granulaire. Ces moyens de régénération du milieu granulaire peuvent comprendre des moyens de régénération par fluidisation gazeuse, tels que des moyens d'insufflation gazeuse et/ou d'aspiration gazeuse, ou encore des moyens de régénération par vibration du corps. Alternativement, les moyens de régénération du milieu granulaire peuvent comprendre des moyens de régénération par fluidisation liquide, plus précisément par injection de liquide (préférentiellement de l'eau) à contre-courant (par rapport à la direction du passage du flux gazeux dans le milieu granulaire).
Selon une mise en oeuvre de l'invention, le dispositif peut comporter un arrangement d'une pluralité d'enceintes, au moins une enceinte pouvant correspondre à l'un quelconque des modes de réalisation de l'une quelconque des variantes décrites ci-dessus, ces enceintes étant disposées en série le long du flux gazeux. Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut par exemple disposer en série et dans le sens du flux gazeux :
- une enceinte selon l'un quelconque des modes de réalisation de la première variante de l'invention, afin de réaliser une première filtration des particules, et notamment des plus grosses particules, sans dégrader les performances de ce premier filtre à particules puisque ce filtre est auto-régénérant ; - une enceinte selon l'un quelconque des modes de réalisation de la deuxième variante de l'invention, afin de réaliser une filtration des particules métalliques éventuellement contenues dans le flux gazeux ;
- une enceinte selon l'un quelconque des modes de réalisation de la deuxième variante de l'invention, afin de parfaire la filtration des particules restantes dans le flux gazeux.
Il est bien clair que le dispositif selon l'invention peut aussi comprendre d'autres types d'enceintes que celles décrites ci-dessus, dites enceintes complémentaires, dans un arrangement d'enceintes disposées en série le long du flux gazeux.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, une première enceinte complémentaire comprenant des moyens de photo-oxydation et/ou des moyens de photo-catalyse de molécules de polluants gazeux contenus dans le flux gazeux peut être disposée en aval d'une ou de plusieurs enceintes selon l'invention. Alternativement ou cumulativement, une deuxième enceinte complémentaire comprenant des moyens d'adsorption et/ou des moyens d'absorption de molécules de polluants gazeux contenus dans le flux gazeux peut être disposée en aval d'une ou de plusieurs enceintes selon l'invention et/ou de la première enceinte complémentaire décrite ci-dessus.
Avantageusement, le dispositif peut comprendre un système de commande électronique/informatique permettant un pilotage manuel, automatique ou semi-automatique, à distance. Ainsi, le système de commande peut comprendre des moyens électroniques/informatiques connectés d’une part à des moyens pour la mesure de la qualité de l'air en sortie du dispositif selon l'invention et à des moyens de pilotage du dispositif, notamment des moyens de pilotage des moyens pour piéger les particules. Avantageusement, les moyens pour la mesure de la qualité de l'air en sortie du dispositif selon l'invention peuvent comprendre un capteur pour mesurer des concentrations en particules. Avantageusement, le capteur pour mesurer des concentrations en particules peut comprendre des moyens d'analyse déportés des mesures réalisées in situ, les mesures étant transmises par exemple par voie filaire électrique, par fibre optique ou par un système de communication sans fil à ces moyens d'analyse déportés. Ainsi, en fonction de la qualité de l'air mesurée en sortie du dispositif, on peut par exemple commander la température de refroidissement du corps dans le cas de la première variante décrite ci-dessus, ou commander l'intensité du champ électromagnétique appliqué au corps dans le cas d'un mode de réalisation de la deuxième variante décrite ci-dessus. Le suivi du procédé peut donc se faire à distance, en limitant au maximum les opérations de maintenance nécessitant des interventions humaines in situ. Les connections peuvent être assurées par tous les moyens connus (réseau internet local ...) et exploiter le même système de connexion que celui utilisé, par exemple, pour la surveillance et la maintenance des moyens de ventilation/extraction prévus dans les milieux confinés ou semi-confinés.
Le système de commande peut aussi comprendre des moyens pour alerter lorsque le traitement de l'air est insuffisant par le dispositif et le procédé selon l'invention. Selon cette mise en oeuvre de l'invention, cette alerte peut être déclenchée lorsque la concentration en particules est supérieure à un seuil prédéfini. Selon une mise en oeuvre, l'alerte peut être donnée sous la forme d'une indication visuelle ou sonore. Selon une mise en oeuvre, les moyens d'alerte peuvent être positionnés à proximité immédiate du dispositif ou permettre une alerte à distance, par exemple via un message électronique envoyé sur un smartphone (téléphone intelligent) et/ou sur un ordinateur.
La figure 1 présente de manière schématique un mode de réalisation non limitatif du dispositif selon l'invention. Pour ce mode de réalisation, le dispositif est formé par une enceinte 1 parallélépipédique traversée de part horizontale (en position de service) grâce en part par un flux gazeux F1 (flux entrant), F2 (flux sortant) selon une direction à des ouvertures aménagées (non représentées) dans les faces de l'enceinte 1 perpendiculaires au flux gazeux F1 , F2. Cette enceinte 1 comprend un unique canal 2, dont le toit 10,11 et la base 20 sont formés par une plaque supérieure 10 et une plaque inférieure 20 planes et parallèles entre elles, et par les faces latérales de l'enceinte 1. La plaque supérieure 10 du canal 2 comprend des éléments saillants 11 sous la forme de parallélépipèdes pour générer un écoulement turbulent du flux gazeux F1 , F2 lorsqu'il s'écoule dans le canal 2. La plaque inférieure 20 du canal 2 comprend des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux (représenté schématiquement par une texture sur la face inférieure 20).
La figure 2 présente de manière schématique une section transversale d'un mode de réalisation non limitatif de la première variante du dispositif selon l'invention en position de service. Pour ce mode de réalisation, le dispositif est formé par une enceinte 1 parallélépipédique, comprenant un unique canal 2. Le toit 10, 11 du canal 2 comprend une plaque supérieure 10 et des éléments saillants 11 sous la forme de parallélépipèdes disposés sur la face interne de la plaque supérieure 10 pour générer un écoulement turbulent du flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans le volume intérieur du canal 2. La base 21 , 22, 40, 41 du canal 2 comprend des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux 21 , 22 sous la forme d'une couche 21 en mouse métallique à porosité ouverte traversée par un échangeur de chaleur à plaques 22. Il est bien clair que le volume intérieur du canal 2 destiné au passage du flux gazeux est globalement compris entre la plaque supérieure 10 et la couche 21 . L'échangeur de chaleur 22 permet d'abaisser la température de la couche 21 par rapport à la température du flux gazeux, et ainsi de créer une condensation partielle de la vapeur d'eau contenue dans le flux gazeux au moins à la surface de la couche 21. Cette condensation permet de piéger au moins les particules contenues dans le flux gazeux traversant le volume intérieur du canal 2 et entrainées vers la couche 21 par les tourbillons générés par les éléments saillants 11 . Les condensais C ainsi formés percolent au travers de la porosité de la couche 21 , et atteignent par gravité des moyens d'évacuation des condensais 40, 41. Les moyens d'évacuation des condensais 40, 41 comprennent une plaque 40 sous-jacente aux moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux 21 , 22, s'étendant jusqu'aux parois latérales de l'enceinte 1 , et une ouverture aménagée dans l'enceinte 1 au-dessus de la plaque 41 .
La figure 3 présente de manière schématique une section transversale d'un mode de réalisation non limitatif de la deuxième variante du dispositif selon l'invention. Pour ce mode de réalisation, le dispositif est formé par une enceinte 1 parallélépipédique, comprenant deux canaux 2 de structures identiques et disposés le long d'un axe vertical (en position de service). Le toit 10, 11 d'un canal 2 comprend une plaque supérieure 10 comportant des éléments saillants 12 sous la forme de pyramides inversées pour générer un écoulement turbulent du flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans le volume intérieur du canal 2. La base d'un canal 2 comprend des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux 23, 24, sous la forme d'une couche 23 en mouse formée dans un matériau métallique poreux couplée à un électroaimant 24. Il est bien clair que le volume intérieur d'un canal 2 destiné au passage du flux gazeux est globalement compris entre la plaque supérieure 10 et la couche 23. Les particules métalliques présentes dans le flux gazeux passant dans le volume intérieur du canal 2 sont entrainées vers la couche 23 par les tourbillons générés par les éléments saillants 11 , et sont alors piégées sur la surface de la couche 23 aimantée.
La figure 4 présente de manière schématique une section transversale d'un mode de réalisation non limitatif de la troisième variante du dispositif selon l'invention en position de service. Pour ce mode de réalisation, le dispositif est formé par une enceinte 1 parallélépipédique, comprenant deux canaux 2 de structures identiques et disposés le long d'un axe vertical. Le toit 10, 11 d'un canal 2 comprend une plaque supérieure 10 comportant des éléments saillants 12 sous la forme de pyramides inversées pour générer un écoulement turbulent du flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans le volume intérieur du canal 2. La base d'un canal 2 comprend des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux 25, 26, sous la forme d'un milieu granulaire 25 disposé sur une grille 26. Il est bien clair que le volume intérieur d'un canal 2 destiné au passage du flux gazeux est globalement compris entre la plaque supérieure 10 et le milieu granulaire 25. Les particules présentes dans le flux gazeux passant dans le volume intérieur du canal 2 sont entrainées vers le milieu granulaire 25 par les tourbillons générés par les éléments saillants 11 , et sont alors piégées dans le milieu granulaire 25.
L'invention concerne également dans un deuxième aspect un procédé pour éliminer au moins des particules d'un flux gazeux provenant de l'air présent dans un milieu confiné ou semi-confiné.
Avantageusement, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au moyen du dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus. Plus précisément, le procédé selon l'invention peut comprendre les étapes suivantes : a) on conduit, sous la forme d'un flux gazeux, au moins une partie de l’air présent dans un milieu confiné ou semi-confiné dans le dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus ; b) on élimine des particules contenues dans le flux gazeux au moyen dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus.
La première étape du procédé selon l'invention peut être mise en oeuvre en plaçant le dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus en aval de moyens de ventilation et/ou d'extraction du milieu confiné ou semi-confiné d'intérêt lorsque de tels moyens sont existants. C'est le cas par exemple dans un tunnel routier équipé d’extracteurs/accélérateurs d’air positionnés dans la voûte du tunnel. En couplant le dispositif selon l'invention à ces moyens de ventilation et/ou d'extraction, on peut refluer l’air présent dans le tunnel vers l’entrée du dispositif selon l'invention. Dans un tunnel ferroviaire, on peut aussi exploiter l’écoulement de l’air généré à l’avant de la rame de métro par son déplacement dans le tunnel. En positionnant ainsi le dispositif selon l'invention, on peut récupérer ce flux et le dépoussiérer sans équiper le dispositif selon l'invention de moyens de de ventilation et/ou d'extraction propres. Alternativement, si de tels moyens de ventilation/extraction ne sont pas existants in situ ou sont d'accès difficiles ou impossibles, le procédé peut être mis en oeuvre avec une variante du dispositif selon l'invention comprenant des moyens de ventilation propres pour assurer l’amenée et la circulation du flux gazeux dans le dispositif. Le procédé peut en outre comprendre une étape de régénération des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux, au moyen de l'un quelconque des modes de réalisation des moyens de régénération décrits ci-dessus pour les différentes variantes du dispositif selon l'invention.
Exemple
Les caractéristiques et avantages du procédé selon l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de l’exemple d'application ci-après.
Pour cet exemple d'application, on considère un dispositif formé par une enceinte de forme parallélépipédique, comprenant une pluralité de canaux dont la base comporte des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux selon un mode de réalisation non limitatif de la première variante du dispositif selon l'invention. Les références sont identiques à celles utilisées pour les précédentes figures.
La figure 5 illustre des dimensionnements de ce mode de réalisation non limitatif du dispositif selon l'invention. Sur cette figure un seul canal 2 de l'enceinte 1 est représenté, à des fins de simplifications. Le toit 10, 11 du canal 2 comprend une plaque supérieure 10 et des éléments saillants 11 sous la forme de parallélépipèdes disposés sur la face interne de la plaque supérieure 10 pour générer un écoulement turbulent du flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans le volume intérieur du canal 2. La base 21 , 22, 40 du canal 2 comprend des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux 21 , 22 sous la forme d'une couche 21 en mouse métallique à porosité ouverte traversée par un échangeur de chaleur à plaques 22. La base 21 , 22, 40 du canal 2 comprend en outre des moyens d'évacuation des condensais 40 sous la forme une plaque 40 sous-jacente aux moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux 21 , 22, et d'une ouverture (non représentée) aménagée dans l'enceinte 1 au-dessus de la plaque 40.
Les caractéristiques de cette enceinte ont été dimensionnées pour permettre un abattement compris entre 50 et 80% des particules en poids, les particules ayant une taille au moins supérieure à 0.5 pm, de préférence supérieure à 0.1 pm, pour une vitesse d’écoulement de 8 m/s, soit 1440 m3/h de débit volumique.
Les principales caractéristiques de cette enceinte, dimensionnée pour atteindre les objectifs de filtration ci-dessus, sont données ci-après :
• Largeur I de l'enceinte : 1 m ;
• Longueur L de l'enceinte : 2 m Hauteur h du canal (distance entre la plaque 10 et la couche 21) : 0.05 m
Epaisseur e de la couche de mousse : 0.03 m
• éléments saillants 11 constitués de barrettes soudées de 10 cm de longueur, de 2 cm de hauteur et de 2 cm d’épaisseur, espacées sur la largeur I et sur la longueur L de 10 cm.
Ainsi, le dispositif selon l'invention permet d'améliorer les performances des filtres TFP selon l'art antérieur sur des classes de particules inférieures 1 -2 microns, en augmentant d'une part les forces d’interactions particule - surface, et d'autre part le mécanisme de diffusion. En outre, la géométrie du dispositif selon l'invention, avec un écoulement dans des canaux parallèles et étroits, permet de minimiser la perte de charge.
De plus, le dispositif selon sa première variante des moyens pour piéger au moins les particules du flux gazeux permet une régénération du filtre in situ et en continu.

Claims

Revendications
1. Dispositif pour éliminer au moins des particules d'un flux gazeux (F1 , F2) provenant de l'air présent dans un milieu confiné ou semi-confiné, comprenant au moins une enceinte (1), ladite au moins une enceinte (1) comprenant au moins un canal (2) dont l'axe longitudinal, en position de service, est horizontal, ainsi qu'une entrée et une sortie pour faire traverser ledit flux gazeux (F1 , F2) le long dudit au moins un canal (2), caractérisé en ce que, en position de service, le toit (10, 11 , 12) dudit au moins un canal (2) comprend des moyens (11 , 12) pour générer un écoulement turbulent dudit flux gazeux (F1 , F2) lorsqu'il s'écoule dans ledit canal, et en ce que la base (20,
21 , 22, 23, 24, 25, 26, 40, 41) dudit au moins un canal (2) comprend des moyens pour piéger (20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 40, 41 ) au moins lesdites particules dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit canal (2).
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel ladite au moins une enceinte (1 ) comprend une pluralité de canaux (2) parallèles entre eux et disposés le long d'un axe perpendiculaire audit flux gazeux (F1 , F2).
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens (11 , 12) pour générer un écoulement turbulent dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit au moins un canal (2) de ladite au moins une enceinte (1) comprennent une pluralité d'éléments saillants (11 , 12) disposés sur la face interne dudit toit (10, 11 , 12) dudit au moins un canal (2) de ladite au moins une enceinte (1 ).
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens (20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 40, 41) pour piéger au moins lesdites particules dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit au moins un canal (2) de ladite au moins une enceinte (1) comprennent au moins un corps (21) et des moyens (22) pour maintenir ledit corps (21 ) à une température prédéterminée pour générer une condensation partielle (C) de la vapeur d'eau contenue dans ledit flux gazeux sur au moins ledit corps (21 ).
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit corps (21) dont la température est maintenue à une température inférieure à la température dudit flux gazeux comprend une couche (21) formée dans un matériau conducteur de chaleur et à porosité ouverte.
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel lesdits moyens (20, 21 ,
22, 23, 24, 25, 26, 40, 41) pour piéger au moins lesdites particules dudit flux gazeux lorsqu'il s'écoule dans ledit au moins un canal (2) de ladite au moins une enceinte (1) comprennent en outre des moyens d'évacuation (40, 41) des condensais (C) formés à la surface dudit corps (21).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens (20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 40, 41) pour piéger au moins lesdites particules d'au moins un desdits canaux (2) de ladite au moins une enceinte (1) comprennent un corps (23) ayant des propriétés magnétiques.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit corps (23) ayant des propriétés magnétiques comprend au moins une couche (23) formée dans un matériau métallique poreux magnétique.
9. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit corps (23) ayant des propriétés magnétiques comprend au moins une couche (23) formée dans un matériau métallique poreux et lesdits moyens (20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 40, 41) pour piéger au moins lesdites particules d'au moins un desdits canaux (2) de ladite au moins une enceinte (1) comprennent en outre des moyens de génération d'un champ magnétique (24) couplé audit corps (23).
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens (20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 40, 41) pour piéger au moins lesdites particules d'au moins un desdits canaux (2) de ladite au moins une enceinte (1) comprennent un milieu granulaire (25) constitué de grains dont les écarts maximum de rugosité de surface des grains sont compris entre 1 microns et 100 microns.
11 . Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif comprend un arrangement formé par une pluralité desdites enceintes (1) disposées en série le long dudit flux gazeux (F1 , F2).
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif peut comprendre au moins une enceinte complémentaire disposée en aval le long dudit flux gazeux (F1 , F2), ladite enceinte complémentaire comprenant des moyens de photo-oxydation et/ou des moyens de photo-catalyse et/ou des moyens d'adsorption et/ou des moyens d'absorption de molécules de polluants gazeux contenus dans ledit flux gazeux.
13. Procédé pour éliminer au moins des particules présentes dans l'air d'un milieu confiné ou semi-confiné, caractérisé en ce que ledit procédé comprend au moins les étapes suivantes : a) on conduit, sous la forme d'un flux gazeux, au moins une partie de l’air dudit milieu confiné ou semi-confiné dans au moins un dispositif pour éliminer au moins des particules d'un flux gazeux provenant de l'air présent dans un milieu confiné ou semi- confiné selon l'une quelconque des revendications précédentes ; b) on élimine au moins lesdites particules dudit flux gazeux au moyen dudit au moins un dispositif.
14. Procédé pour éliminer au moins des particules d'un flux gazeux selon la revendication 13, comprenant en outre une étape de régénération desdits moyens (20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 40, 41) pour piéger au moins lesdites particules dudit flux gazeux.
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