Brevet FR2124215A1 — publié le 19720922

Les possesseurs d'installations domestiques ou industrielles de conditionnement d'air peuvent acheter un épurateur électrostatique d'air ou un filtre à fibres de verre. Aux Etats-Unis d'Amérique, les Sociétés CABRIEK CORPORATION, HONEYWELL CORPORATION, etc... fabriquent couramment 5 art vendent des épurateurs électrostatiques, mais ces appareils présentent divers inconvénients : 1) leurs frais de montage sont relativement élevés et atteignent plusieurs milliers de francs ; 2) ils sont en général très encombrants et ne s'adaptent pas à nombre 10 d'installations, et 3) il faut retirer l'élément collecteur et le laver tous les deux ou trois mois. En fait, presque toutes les installations centrales de chauffage et de refroidissement à air puisé sont équipées de filtres en fibres de ver-15 re, du genre vendu normalement par les quincailliers. Malheureusement, ce ne sont que des filtres en charpie qui sont très inefficaces pour les particules de un à dix microns. la présente.invention concerne un épurateur électrostatique d'air, destiné à. être utilisé dans les installations de conditionnement d'air des 20 habitations et des petites entreprises et qui est destiné à remplacer les filtres classiques de 25 mm en fibres de verre sans être plus encombrant, cet épurateur éliminant au moins 90 # des particules de 1 micron ou plus, Oon-servant un rendement élevé en produisant une chute de pression relativement faible, et combinant la filtration électrostatique et mécanique en utili-25 sant les caractéristiques désirables de ces deux modes de filtration grâce à l'utilisation d'un élément chargé à couches multiples qui présente les avantages suivants : 1 - Il peut se loger dans le même espace que les filtres actuel* ; 2 - On peut le monter sans avoir à modifier les canalisations ; 30 3-H comporte un collecteur remplaçable en fibres synthétiques, que l'on peut monter aisément, et 4 - Son prix est particulièrement réduit, Par ailleurs, cet épurateur soulage efficacement dans les immeubles résidentiels et commerciaux les personnes souffrant d'allergie,et il déga-35 ge sensiblement moins d'ozone dûe à la génération d'ions que les épurateurs électroniques actuels. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention res-sortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins 71 31553 2124215 annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif , une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 représente schématlquement un appareil de chauffage ou 5 de conditionnement d'air comportant un épurateur électrostatique selon l'invention j la figure 2 est une vue explosée des éléments de 11épurateur ; la figure 3 est une perspective d'un élément collecteur comportant un treillis métallique noyé dans des éléments filtrants ; 10 la figure 4 est une coupe longitudinale à plus grande échelle de l'en semble de 11épurateur, dans lequel un avant-filtre conducteur et deux couches d'éléments filtrants diélectriques sont associés à des surfaces chargées positivement et négativement et à un support, et la figure 5 est un schéma de cet épurateur, montrant comment on crée 15 la charge électrostatique voulue pour y créer un courant d'ions, L1épurateur électrostatique 10 de la figure 1 coopère avec un appareil 12 qui est par exemple un appareil de. chauffage dans lequel l'air passe de haut en bas, mais dans lequel cet air pourrait naturellement passer le bas en haut ou horizontalement, cet appareil pouvant aussi être simple-20 ment un appareil de conditionnement d'air. De toute façon, cet épurateur comprend un ensemble filtrant 14 (figure 2), une source d'énergie 16 et un câble à haute tension 18. L'ensemble 14 est destiné à retenir les grosses particules de poussière , les fils et les particules très fines, de l'ordre de 1 micron et 25 plus. Plus précisément, il retient jusqu'à 90 plus de ces particules qui comprennent les fumées, les poussières, le pollen, les moisissures, les bactéries, ainsi que d'autres contaminants. A cet effet, il comporte un filtre 19 équipé d'un avant-filtre 20 conducteur, destiné à retenir les grosses poussières. L'air ainsi partiellement traité traverse alors un 30 champ d'ionisation à haute tension, qui charge les particules très fines et les fait adhérer aux éléments filtrants 22 et 24 de la cellule collectrice 21, entre lesquels est interposé un treillis métallique 26, de préférence très fin de façon à donner une concentration optimale des ions. Il est évident que l'on peut supprimer l'un ou l'autre de ces éléments en 35 obtenant toujours le courant d'ions désiré. L'avant-filtre 20 et la cellule 21 peuvent comporter des cadres séparés ou un cadre commun 28 permettant d'enlever ou de remplacer l'un des deux sans l'autre. L'ensemble 14 peut ainsi comporter un caisson 30 et un support 32, ainsi que des treillis 71 31553 3 2124215 antérieur et postérieur 34 et 36 respectivement. On peut naturellement disposer le treillis 34 entre l'avant-filtre 20 et l'élément 22, auquel cas cet avant-filtre n'a pas besoin d'être conducteur. On envisage aussi d'appliquer un revêtement conducteur sur les deux faces de la cellule 21 au 5 lieu d'utiliser les treillis, n»nR une forme de réalisation de la présente invention ayant donné de bon résultats, l'avant-filtre 20 était composé d'une feuille d'aluminium déployé d'une épaisseur nominale de 12,7 recouverte d'un enduit adhésif aux emplacements désirés ou nécessaires pour donner à ce filtre 10 son efficacité optimale. Elle comportait de plus des éléments filtrants 22 et 24 en fibres de polyester épais d'environ 6,5 mm, entre lesquels était interposé un treillis métallique 26 à mailles de 2,38 mm servant de grille. On peut évidemment utiliser pour ces éléments 22 et 24 toute matière diélectrique, et ce peut être une mousse de matière plastique à al-15 véoles ouverts, qui présente de plu3 l'avantage d'être lavable, au lieu de devoir être remplacée comme c'est le cas pour les éléments en polyester. Ainsi qu'on l'a mentionné, les treillis 34 et 36 servent à maintenir le filtre préalable 20 et la cellule filtrante 21 en place dans l'appareil de conditionnement. Les mailles du treillis antérieur 34 sont généralement 20 plus grandes que celles du treillis postérieur 36, ce qui permet aux grosses particules de pénétrer dans l'avant-filtre, 20 en feuille d'aluminium. Dans la forme de réalisation précitée, ces mailles antérieures étaient carrées et larges d'environ 20 mm. Cette cote n'est pas critique pour le rendement de l'épurateur. Par ailleurs, le treillis postérieur constituait 25 la grille négative de sortie d'air de cet épurateur et il comportait des mailles carrées d'environ 6,5 mm. Ces mailles pourraient être plus serrées, mais an a constaté que le modèle optimum réalise un compromis entre la chcrtte de pression et les dimensions des mailles. Si les fils de ce treillis 36 sont trop écartés, les ions ne traversent pas bien la grille posi-30 tive 26 disposée entre les éléments filtrants 22 et 24. Dans une autre forme de réalisation satisfaisante de l'invention, l'enveloppe du filtre était un caisson perforé en aluminium dont les perforations représentaient 64 % de la surface. L'avant-filtre était en aluminium déployé et^les^ éléments filtrants étaient en polyester et plus précisément 35 en mousse/ de polyuréthanne. La grille anode était en fil d'acier galvanisé à mailles de 2,38 mm. Le support et les entretoises séparant les treillis de l'anode étaient en chlorure de polyvinyle rigide, tti a constaté que la durée de service efficace de l'ensemble de l'avant 4 71 31553 2124215 filtre 20 et de la cellule 21 était d'environ de deux à trois mois dans un appareil domestique normal de conditionnement d'air. Il supprirait environ 90 % au moins des particules de 1 micron et plus, ce qui lui donnait un reniement plias favorable que celui des épurateurs électroniques du com-5 merce, qui coûtent plus. De plus, des essais faits avec un analyseur d'ozone Mast ont montré que la quantité d'ozone produite était négligeable, et que le taux de cet ozone n'augmentait pas de manière sensible en 24 heures. En outre, on a constaté que l'appareil présentait des avantages thérapeutiques appréciables et convaincants pour les personnes souffrant 10 d'allergie. On étudiera maintenant le mode de création du champ électrostatique. On conducteur 38, connecté électriquement au treillis ou grille 26 , est destiné à être relié au conducteur 18 allant au pôle positif de la source 16» Dans la forme préférée de réalisation décrite plus haut, cette source 15 fournissait une tension continue de 3.000 volts sous un courant de 1 mil-liampère. On a constaté que l'on obtenait les meilleures conditions de suppression des arcs, de réduction de la production d'ozone et de rendement des filtres entre 2.500 et 3*500 volts. A cette puissance relativement faible, le courant est sans danger, bien que la tension soit élevée, 20 Par conséquent, la consommation d'énergie est très faible, et la dépense de fonctionnement de la source 16 est minimale. Le conducteur négatif est relié à la masse de l'appareil de conditionnement dans un but de sécurité» Les treillis antérieur 3^ et postérieur 36 sont reliés par le ctble 18, qui peut être à deux conducteurs coaxiaux, à la borne négative de la sour-25 ce 16, cette borne étant mise à la masse, de sorte que, à l'exception du conducteur positif 38 allant à la grille 26, tout l'appareil est mis à la masse. Du fait que l'aluminium de l'avant-filtre 20 est conducteur et est en contact intime avec le treillis antérieur 34, il est aussi mis à la masse et prend une charge négative. Les deux filtres en polyester 22 et 24 30 sont diélectriques et isolent la grille positive des grilles négatives >4 et 36 respectivement. Lorsque l'élément 19 est monté dans le châssis constitué par le support 32 et ces grilles 34 et 36, et que le conducteur 38 est relié à la source 16 par le câble 18 , des ions négatifs/se dégagent sur l1avant-filtre en aluminium et sur la grille postérieure 36, La cellule 35 composite 21 est réalisée de manière que les éléments filtrants 22 et 24 soient légèrement comprimés quand cette cellule est en place, en laissant un interstice d'environ 5 mm entre la grille positive 26 et les surfaces négatives. On a constaté que cet interstice était assez important, bien 71 31553 c; 2124215 que non. critique, parce que, s'il est trop faible, il sé produit des étincelles, et, s'il est trop grand, il diminue fortement le courant d'ions. En passant de la grille négative à la grille positive, ces ions frappent les particules de poussières et les précipitent sur les éléments fil-5 trants 22 et 24, Ceux-ci imposent à ces particules un trajet en zigzags en leur faisant couper le trajets des ions, qui circulent perpendiculairement à la surface des grilles et parallèlement au courant d'air» Qci raison des propriétés diélectriques du polyester de ces éléments filtrants, leurs surfaces se comportent comme les armatures d'un condensateur et celles qui 10 sont opposées aux grilles se chargent fortement. Les particules pénètrent le champ négatif de l'avant-filtre 20 et traversent la première "pluie d'ions"du premier élément 22, sur lequel elles commencent à se précipiter. Celles qui n'adhèrent pas à cet élément pénètrent dans la "pluie d'ions" du second, sur lequel elles se précipitent. Une caractéristique intéres-15 saute de cette forme de réalisation réside dans le fait que la cellule devient de plus en plus efficace à mesure que les éléments s'encrassent, probablement parce que les petites particules s'accrochent au filtre et augmentent la surface destinée à les recueillir. Cette caractéristique semblerait contraire à celle d'un épurateur électronique classique, dont l'effi-20 cacité diminue à mesure qu'il s'encrasse. L'appareil selon l'invention atteint par conséquent les buts précités et possède les avantages exposés et surtout il offre les avantages suivants : 1) faible encombrement puisqu'il constitue un épurateur très effica-25 ce dont l'épaisseur est inférieure à 25 mmj 2) la conformation et la disposition des éléments filtrants et des grilles permettent d'établir un courant d'ions très efficace ; 3) le filtre peut constituer un ensemble pouvant être jeté après usage, grâce aux choix de substances bon marché ; 30 4) il est facile à monter et peut remplacer simplement un filtre usu el en fibres de verre ; 5) la chute de pression est faible, parce que la combinaison de matières filtrantes avec l'électronique permet la filtration maximale rions les limites de pression des installations domestiques classiques de coniition- 35 neoent d'air ; 6) on peut donner à la cellule des formes diverses, par exemple celle qui a été représentée, ou bien celle d'un bâton, que l'on peut faire tourner de temps en temps de façon à en faire apparaître une partie nouvelle ; 71 31553 2124215 EL va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra y apporter diverses variantes sans sortir de son cadre. 71 31553 2124215 REVENDICATIONS 1 - Epurateur électrostatique d'air, caractérisé par le fait qu'il comprend une cellule filtrante comportant au moins ur;c épaisseur d'élément filtrant diélectrique, avec lequel coopère un moulage qui permet d'ap- 5 pliquer à l'épurateur un champ électrostatique d'ionisation à haute tension, faisant passer à travers cet élément des ions qui bombardent les particules très fines en suspension dans l'air et les précipitent sur ledit élément, 2 - Epurateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 10 l'élément filtrant est relativement mince, une source d'énergie disposée à distance étant destinée à fournir un courant à tension relativement élevée sous une intensité relativement faible et étant reliée à l'épurateur par des organes électriquement conducteurs. 3 - Epurateur selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'il 15 comporte une seconde épaisseur d'élément diélectrique disposée très près de la première,une grille étant interposée entre ces éléments et ceux-ci pouvant avantageusement être composés de fibres de polyester ou d'une mousse plastique filtrante à alvéoles ouverts. f 4 - Epurateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les 20 organes conducteurs sont deux surfaces pouvant être chargées, disposées de part et d'autre des éléments filtrants. 5 - Epurateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un avant-filtre est disposé très près de l'un des éléments filtrants et du côté d'entrée d'air de l'épuration, si bien que l'air traverse cet avant- 25 filtre qui en retire les grosses particules de poussière et les fils. 6 - Epurateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'avant filtre est formé d'aluminium en feuille déployé, dont 1'épaisseur est par exemple d'environ 13 mm, chacun des éléments filtrants pouvant avoir une épaisseur d'environ 6,5 mm et être composé de fibres de polyes- 30 ter, et la grille étant par exemple un treillis métallique à mailles de 2,38 mm. 7 - Epurateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'avant-filtre et la cellule filtrante sont disposés dans un cadre périphérique qui détermine leurs positions relatives. 35 8 - Epurateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il est conformé de façon à retirer du courant d'air au moins 90 % des particules de 1 micron et plus. 9 - Epurateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend deux plaques perforées électriquement coniuctrices entre lesquelles 71 31553 8 2124215 l'avant-filtre et la cellule filtrante sont interposés, les perforations de la plaque d'amont étant avantageusement des ouvertures carrées d'environ 20 mm de côté, plus grandes que celles de la plaque aval, qui sont des ouvertures carrées d'environ 6,5 nrn de côté. 5 10 - Epurateur selon la revendication 9j caractérisé par le fait qu'un support non conducteur est disposé autour des périphéries de l'avant-fil-tre et de la cellule filtrante et entre les pJaques perforées, de façon à placer cet avant-îiltre et cette cellule à des positions relatives prédéterminées . 10 11 - Epurateur selon la revendication 10, caractérisé par le fait que des organes connectent électriquement les plaques et la grille à une source d'énergie à tension relativement élevée, comprise de préférence entre 2.500 et 3.500 volts, et égale convenablement à 5.000 volts, sous faible intensité, de manière à appliquer à ces plaques une charge négative et à 15 cette grille une charge positive, ce qui fait passer des ions, de la plaque antérieure à ladite grille en traversant l'avant-filtre et l'un des éléments filtrants, et des ions, de la plaque postérieure à la même grille à travers l'élément filtrant adjacent, ces ions bombardant les particules en suspension dans l'air/ traversent 1'épurateur et les précipitant 20 sur ces éléments filtrants.