Brevet FR2137645A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne la précipitation électrostatique de poussière dans un précipiteur de poussière destiné à retenir les poussières contenues dans un courant de fluide gazeux, et offrant à ce fluide un passage, muni d'une ou plusieurs surfa-5 ces filtrantes ou de captation des poussières, qui s'étend entre au moins une entrée et au moins line sortie et présente un moyen de polarisation dudit fluide, en amont duquel est prévu un moyen ionisant. Le fluide gazeux est par exemple de l'air. 10 Dans un tel précipiteur (dit ci-après "précipiteur du genre décrit") destiné à retenir des poussières contenues dans de l'air (et alors dit di-après "épurateur d'air"), l'air arrivant par la dite ou lesdites entrées est d'abord ionisé, puis passe le long du passage entre ladite surface filtrante (ou, plus couramment, 15 les surfaces de plusieurs plaques filtrantes) et le moyen de polarisation, ce dernier étant positivement chargé par rapport à la surface ou aux surfaces filtrantes. Une forte tension positive est appliquée au moyen ionisant, habituellement formé d'un fil mince disposé en travers du courant d'air. Cette tension peut être 20 typiquement d'environ 10 000 volts et donne lieu à un effluve en couronne constituant une zone ionisée sous forte intensité, dans laquelle l'air et les poussières sont positivement ionisés. En traversant vers l'aval le champ électrique engendré par les charges relatives de la ou des surfaces filtrantes et du moyen de po-25 larisation, la poussière passe sur la ou les surfaces filtrantes. 11 est usuel que des précipiteurs du genre décrit comportent un certain nombre de passages montés en parallèle, dont chacun est séparé du suivant par une plaque filtrante commune aux deux passages et à chacun desquels est associé en propre un fil ioni-30 sant et une plaque de polarisation. Les diverses plaques sont normalement réunies par imbrication en un seul ensemble. Cet agencement a le grave inconvénient que, pour ne pas rendre l'encombrement excessif, il faut donner aux passages d'air une longueur relativement faible, ce qui ne laisse à la poussière qu'un temps 35 assez court pour rejoindre les plaques filtrantes. De ce fait même, il faut appliquer aux fils ionisants une forte densité de charge, px-ovoquant la formation dans le courant d'air de quantités notables d'ozone. Il faut ensuite éliminer cet ozone, typiquement à l'aide d'un filtre au charbon activé. Or, un tel filtre n'a qu' 40 une longévité limitée et son remplacement est assez onéreux. 72 16460 2 2137645 En outre, l'ensemble de plaques métalliques imbriquées, également coûteux, doit être périodiquement retiré de l'épurateur et lavé dans une solution de soude caustique ou agent détergent analogue, puis bien séché avant d'être ré-utilisé. 5 Or, l'on a constaté que la production d'ozone cesse brusque ment quand l'intensité du courant d'ionisation tombe au-dessous d'une certaine valeur véritablement critique. La densité de charge obtenue avec cette intensité réduite est plus faible qu'avec une forte intensité, mais encore suffisante pour précipiter les 10 poussières si on l'utilise convenablement. Le degré d'ionisation de l'air et des poussières qui traversent la zone d'ionisation dépend à la fois de la concentration en ions maintenue par le fil ionisant et du temps de séjour de l'air dans la zone d'ionisation, tandis que le rendement d'ex-15 traction de poussières est déterminé par l'intensité du champ maintenu entre les plaques et par le temps pendant lequel l'air subit l'action du champ électrique. Ce temps est fonction de la vitesse dont l'air est animé et de la géométrie du filtre électrostatique lui-même. En combinant judicieusement la vitesse d'écou-20 lement de l'air et la géométrie du ou des passages d'air, on peut établir les conditions voulues pour que le taux d'extraction de poussières soit satisfaisant, tout en opérant avec des densités de courant d'ionisation de nature à rendre faible ou nulle la production d'ozone. 25 En conséquence, la présente invention vise, suivant un pre mier aspect, un procédé pour l'élimination de la poussière contenue dans un courant de fluide gazeux contenant de l'oxygène, par exemple air, dans un précipiteur du genre décrit, caractérisé en ce qu'on alimente le moyen ionisant à l'aide de courant électri-$0 que d'intensité assez faiDie pour que la production d'ozone dans le courant soit quasi nulle et en ce qu'on règle la vitesse du courant de façon à assurer un séjour dans ledit passage, en aval du moyen ionisant, assez long pour que la quasi-totalité de la poussière passe sur ladite ou lesdites surfaces filtrantes. 35 Suivant un second aspect, l'invention vise un précipiteur du genre décrit, caractérisé en ce que ladite ou lesdites surfaces filtrantes et ledit moyen polarisant ont des dimensions telles que ledit passage soit assez long pour permettre à la quasi-totalité de la poussière de passer sur ladite ou lesdites surfa-40 ces filtrantes quand le moyen ionisant est alimenté en courant 72 16460 3 2137645 d'intensité assez modérée pour que la production d'ozone soit quasi nulle dans ledit courant de fluide gazeux contenant de l'o-xigène. Suivant une caractéristique de ce second aspect de l'inven- 5 tion, ladite ou lesdites surfaces filtrantes sont définies par au moins une plaque filtrante qu'on puisse démonter séparément plaque pour la nettoyer ou lui substituer une/filtrante neuve. Suivant une autre caractéristique du second aspect de l'invention, ladite ou lesdites plaques filtrantes portent un revête-10 ment conducteur sur un support qui peut être non conducteur, par exemple en carton. L'ensemble coûteux de plaques métalliques suivant la technique antérieure est donc remplacé, suivant cet aspect de l'invention, par un moyen polarisant à montage permanent (tel que ladite ou lesdites plaques) et par au moins une plaque 15 filtrante à jeter en carton, relativement bon marché. Suivant une autre caractéristique encore dudit second aspect de l'invention, le moyen ionisant et le moyen polarisant peuvent être disposés soit dans le prolongement l'un de l'autre, pour que ledit passage qu'ils définissent entre ladite entrée et ladite 20 sortie soit sensiblement rectiligne, soit dans des cellules ou chambres latéralement juxtaposées et communicantes qui présentent une série d'entrées et au moins une sortie ; de préférence, il est prévu deux sorties, l'une à chaque extrémité d'une desdites cellules ou chambres contenant le moyen polarisant. 25 On va maintenant décrire à titre d'exemple trois modes de réalisation de précipiteurs du genre décrit suivant l'invention, constituant des épurateurs d'air, en se référant aux dessins annexés, schématiques et simplifiés, sur lesquels : La figure 1 est en élévation, une vue en coupe suivant la 30 ligne I-I de la figure 2, montrant les principaux organes constitutifs d'un précipiteur suivant un premier mode de réalisation ; la figure 2 est, en élévation, une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 ; la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'un précipi-35 teur selon une variante ; la figure 4- est une vue en coupe de profil suivant la ligne IV-IV de la figure 5, montrant les principaux organes constitutifs d'un précipiteur selon une seconde variante ; la figure 5 est une vue en bout du précipiteur montré sur 40 la figure 4. 72 16460 4 2137645 En examinant d'abord les figures 1 et 2, on y voit un fil ionisant 10, alimenté en courant d'intensité modérée pour que la production d'ozone soit faible ou nulle, suspendu au-dessus d'une fente d'admission d'air 11 et au-dessous d'une plaque de polari-5 sation médiane 12. Deux plaques filtrantes ou de captation 13 sont montées dans l'enveloppe 14 de l'épurateur d'air, de part et d'autre de la plaque de polarisation 12. Dans un cas typique, on maintient la plaque de polarisation 12 sous potentiel positif de 9 000 volts et les plaques filtrantes 13 au potentiel de la masse. 10 L'air arrivant, ionisé par le fil 10, traverse suivant les flèches les passages d'air 15 ménagés entre les plaques 12 et 13, dans lesquels les poussières qu'il contient passent, sous 1'action du champ électrique, sur les plaques filtrantes 13, où elles demeurent captives. Du fait de la géométrie adoptée pour les zones 15 d'ionisation 16 et de filtration 17 et de la vitesse choisie pour l'air, l'air subit l'action du champ électrique pendant un temps suffisant pour que la densité de charge réduite engendrée par le fil suffise à assurer l'extraction efficace de la poussière. Dans un exemple typique, les plaques filtrantes 13 mesurent environ 20 65 x 65 cm. Dans cette structure, on peut agencer les plaques filtrantes 13 de façon à pouvoir les extraire à coulissement par le sommet ou le côté de l'enveloppe 14 pour les nettoyer ou les remplacer. Cette disposition permet d'utiliser des plaques ou cartes filtran-25 tes en carton peu onéreuses, à jeter, ce qui supprime la nécessité du nettoyage. On peut réaliser les cartes filtrantes suivant une quelconque de diverses manières ; on peut par exemple appliquer, pair ba-digeonnage ou projection, sur des feuilles de carton mince ou de 30 papier un revêtement conducteur convenable, le contact entre ce revêtement et le circuit électrique associé s1 établissant automatiquement lorsqu'on insère la carte dans l'enveloppe 14. Si besoin est, on peut recouvrir par projection le revêtement conducteur de peinture blanche pour qu'un examen visuel révèle aisément 35 l'importance du dépôt de poussière captée. Suivant une autre caractéristique, on peut prendre des mesures pour minimiser le risque d'ionisation inverse. C'est là un phénomène qui apparaît parfois, en présence de poussières à très forte résistance oljmique, sous forme de décharge disruptive en 40 couronne à travers la couche de poussière et donne naissance à 72 16460 5 2137645 des ions de polarité inverse de celle des ions émis par le fil ionisant. Ce phénomène réduit le rendement de l'épurateur et augmente la formation d'ozone. On peut l'éviter en conservant à la poussière ujie certaine teneur minimale en humidité et il se révè-5 le avantageux à cette fin d'incorporer un produit chimique absorbant l'eau, tel que pentoxyde de phosphore, à la substance de revêtement des cartes filtrantes. Ce produit chimique capte l'humidité présente dans l'air qui emprunte le passage 15 et maintient ainsi humide la surface des cartes filtrantes 15. Il en résulte 10 que la poussière devient conductrice, ce qui interdit l'apparition du potentiel de charge indésirable. En outre, du fait que leur revêtement est alors légèrement collant, les cartes filtrantes 13 retiennent un volume de poussière fortement accru. Dams certains cas, il se révèle avantageux d'utiliser un se-15 cond fil ionisant, fonctionnant aussi sous intensité modérée. On peut disposer ce fil dans la zone d'ionisation 16, ou encore dans un évidement de la plaque de polarisation 12, à line distance choisie du premier fil 10. Une difficulté parfois rencontrée avec des épurateurs du 20 genre décrit est que l'intensité du courant d'ionisation recueilli par les plaques filtrantes 13 tend à baisser à mesure que ces plaques se revêtent de poussière à pouvoir isolant. Il en résulte une Daisse du rendement de l'épurateur. Pour supprimer cette difficulté, on peut prévoir un circuit de réglage destiné à mesurer 25 l'intensité du courant d'alimentation des plaques filtrantes 15 et à la comparer à une valeur étalon ; quand l'intensité tend à baisser, le circuit de réglage augmente la tension appliquée au fil ionisant 10 pour conserver à l'intensité la valeur voulue. De préférence aussi, on prévoit un indicateur visuel et/ou sonore, 30 par exemple lampe-témoin montée sur un panneau, pour indiquer le moment où la tension atteint sa valeur nominal maximale et où il faut donc remplacer la ou les plaques filtrantes. Il se révèle aussi avantageux, dans certains cas, de monter comme illustré par la figure 3 des plaques de polarisation addi-35 tionnelles 20 près du sommet et de part et d'autre de la plaque de polarisation 12. À ce niveau, la majeure partie de la poussière a déjà passé au voisinage des plaques filtrantes 13- J->'air propre peut donc passer librement entre les plaques 12 et 20, tandis que l'air encore chargé de poussière subit l'action du 40 champ établi entre les plaques 13 et 20, plus intense du fait que 72 16460 6 2137645 ces plaques sont moins espacées. On peut éventuellement prévoir trois plaques filtrantes 13 ou davantage, définissant deux passages 13 ou plus, tous munis d'un fil ionisant 10 et d'une plaque de polarisation 12 indivi-3 duels. Si les plaques filtrantes sont formées de cartes, on peut appliquer sur leurs deux faces le revêtement conducteur, en prévoyant si c'est nécessaire un moyen de support qui leur conserve assez de rigidité. On conçoit qu'il n'est pas nécessaire de disposer les pla-10 ques filtrantes 13 dans des plans verticaux et que le passage 13 peut s'étendre à partir de l'entrée 11 vers le haut, vers le bas ou suivant toute autre direction, peu? exemple horizontale. Une telle orientation horizontale est en fait adoptée dans l'épurateur d'air du type représenté sur les figures 4 et 5, dont 15 la section peut avoir toute forme convenable, par exemple circulaire et non rectangulaire comme représenté, et qui est conçu pour être suspendu au plafond ou à un mur d'une pièce dans laquelle on désire épurer l'air. A titre d'exemple d'application typique, cette pièce peut être un bar ou une salle de réunion où 20 l'on souhaite se débarrasser de la fumée de cigarette. Sur les figures 4 et 5 (où les organes déjà décrits portent les mêmes références numériques que sur les figures 1 à 3)i on voit un tube 24 à section de forme convenable, par exemple rectangulaire, divisé par une cloison 23 en deux cellules 17 et 23 25 qui communiquent l'une avec l'autre par une ouverture médiane 2b. La cellule 17, formant la zone filtrante, est ouverte à ses extrémités 21 et la cellule 25 présente plusieurs trous d'entrée 11, convenablement répartis sur sa longueur. Un fil ionisant 10 est monté dans l'ouverture 26 et des plaques de polarisation 12 30 et cartes filtrantes 13 sont montées dans la cellule 17» Des moyens non représentés sont prévus pour soutirer de la pièce à travers les trous d'admission 11, de l'air qui balaie le fil ionisant 10 et traverse la cellule 17, entre les plaques de polarisation 12 et les cartes filtrantes 13, pour rejoindre les trous 35 de sortie 21. On applique les mêmes principes (réduction de 1' intensité d'ionisation et choix judicieux du débit d'air et de la longueur du filtre) que dans les précédents types d'épurateur d'air, pour obtenir un grand rendement d'extraction en minimisant la production d'ozone. 40 Dans l'exemple illustré, l'épurateur est suspendu au pla 72 16460 7 2137645 fond par des chaînes d'd. L'épurateur d'air représenté sur la figure 4 comporte aussi un circuit de réglage du genre précité qui lui est relié pour conserver au courant d'alimentation des plaques filtrantes l'in-5 tensité préfixée à mesure que ces plaques se revêtent de poussière à pouvoir isolant. Dans ce circuit, un courant d'alimentation de plaques filtrantes engendre une tension V aux bornes d'une résistance 30. Cette tension est comparée à une tension étalon E dans un compa-10 rateur 31, qui engendre un signal de réglage proportionnel à V.E. Ce signal règle la tension de sortie d'un générateur de haute tension 32 de manière à accroître la tension dans la mesure où l'intensité du courant de plaque filtrante baisse, tendant ainsi à maintenir cette intensité constante en maintenant la tension V 15 constante. Le comparateur 31 et le générateur de haute tension $2. sont alimentés par le secteur à travers une source d'alimentation convenable 33 • Le circuit de réglage est interposé entre le fil ionisant 20 10 et les plaques filtrantes 13 et une lampe-témoin 34 est montée de façon à indiquer en s'éclairant le moment où la tension engendrée par le générateur de haute tension 32 atteint sa valeur nominale maximale et où il faut par conséquent changer les plaques filtrantes. 25 Bien entendu, on pourra aussi munir tout autre type de pré cipiteur suivant l'invention, et notamment celui représenté sur les figures 1 à 3, d'un circuit de réglage de ce genre. Dans tous les types d'épurateur d'air décrits, les plaques filtrantes 13 sont en carton ou papier à bon marché convenable-30 ment traité et destinées à être jutées après usage. On a porté ci-dessous, à titre d'exemple typique, certaines données numériques sur les variables opératoires et le rendement d'épurateurs d'air réalisés suivant l'invention : vitesse de l'air : environ 1ci0 cm/s 35 temps de séjour de l'air dans la zone de polarisation : 0,5 s intensité d'ionisation : 100^/u .a. On essaie ces épurateurs à l'aide d'air contenant de la fumée de cigarette chargée de particules d'une grosseur de 0,1 à 40 2,0 ai ainsi qu'à l'aide d'air chargé de poudre de talc d'une 72 16460 8 2137645 granulométrie de 10 à 100 u. ; dans les deux cas, l'épurateur débarrasse l'air d'environ 9>/" de ces impuretés, sans que le processus d'extraction donne lieu à la production nuisible d'ozone qui est caractéristique des épurateurs d'air à ionisation suivant 5 la technique antérieure, fonctionnant sous une intensité d'ionisation environ 3 fois supérieure à celle sus-mentionnée. les précipiteurs suivant l'invention peuvent trouver des applications non seulement dans les immeubles, mais aussi sur les véhicules terrestres (par exemple de transport public par route 10 et voie ferrée), vaisseaux aériens ou toutes autres structures comportant une chambre, cellule ou enceinte fermée contenant de l'air chargé de poussières et que l'on désire épurer. 72 16460 9 2137645 REVEKD ICÀTIGMo 1) Procédé pour l'élimination de la poussière contenue dans un courant de fluide gazeux contenant de l'oxygène, dans un précipiteur de poussière destiné à retenir les poussières contenues 5 dans un courant de fluide gazeux et offrant à ce fluide un passage, muni d'une ou plusieurs surfaces filtrantes ou de captation des poussières, qui s'étend entre au moins une entrée et au moins une sortie et présente un moyen de polarisation dudit fluide, en amont duquel est prévu un moyen ionisant,caractérisé en ce qu'on 10' alimente le moyen ionisant à l'aide de courant électrique d'intensité assez faible pour que la production d'ozone dans le courant soit quasi nulle et en ce qu'on règle la vitesse du courant de façon à assurer un séjour dans ledit passage, en aval du moyen ionisant, assez prolongé pour que la quasi-totalité de la 15 poussière passe sur ladite ou lesdites surfaces filtrantes. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluide gazeux est de l'air. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on maintient le moyen polarisant sous tension de 9 000 volts 20 et ladite ou lesdites surfaces filtrantes au potentiel de la masse. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on conserve à la poussière une teneur en humidité préfixée pendant qu'on l'élimine dudit courant- 25 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on maintient ladite teneur préfixée en humidité en captant l'humidité contenue dans ledit fluide gazeux pendant que ce dernier passe, le long dudit passage, sur ladite ou lesdites surfaces filtrantes . 30 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce qu'on surveille l'intensité du courant alimentant ladite ou lesdites surfaces filtrantes et l'on ajuste automatiquement la tension appliquée au moyen ionisant d'après la valeur de cette intensité pour conserver à celle-ci à une va-35 leur préfixée ou contenue dans une gamme préfixée. 7) précipiteur de poussière destiné à retenir les poussières contenues dans un courant de fluide gazeux, et offrant à ce fluide un passage, muni d'une ou plusieurs surfaces filtrantes ou/cap-tation des poussières, qui s'étend entre au moins une entrée et 40 au moins une sortie et présente un moyen de polarisation dudit 72 16460 10 2137645 fluide, en amont duquel est prévu un moyen ionisant, caractérisé en ce que ladite ou lesdites surfaces filtrantes et ledit moyen polarisant ont des dimensions telles que ledit passage soit assez long pour permettre à la quasi-totalité de la poussière de passer 5 sur ladite ou lesdites surfaces filtrantes quand le moyen ionisant est alimenté en courant d'intensité assez modérée pour que la production d'ozone soit sensiblement nulle dans ledit courant de fluide gazeux contenant de l'oxygène. 8) Précipiteur selon la revendication 7, caractérisé en ce 10 que la ou les surfaces filtrantes sont définies par au moins une plaque ou carte filtrante à jeter, en carton ou analogue, portant un revêtement conducteur et agencée pour qu'on puisse la retirer afin de la remplacer par une plaque neuve. 9) Précipiteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en 15 ce qu'il comporte un circuit prévu pour surveiller l'intensité d'alimentation de la ou des surfaces filtrantes et régler automatiquement la tension appliquée au moyen ionisant d'après la valeur de cette intensité afin de conserver à cette intensité une valeur préfixée ou comprise dans une gamme préfixée. 20 10) Précipiteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte un indicateur visuel et/ou sonore indiquant le moment où il faut nettoyer ou remplacer la ou les surfaces filtrantes. 11) Précipiteur selon la revendication 9, caractérisé en ce 25 qu'il comporte un indicateur visuel et/ou sonore destiné à indiquer le moment où la tension appliquée au moyen ionisant a atteint sa valeur nominale maximale. 12) Précipiteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une au moins desdites plaques filtrantes est agencée pour être 50 extraite à coulissement par le sommet ou le coté de l'enveloppe du précipiteur afin d'être remplacée par une plaque filtrante neuve. 13) Précipiteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que ladite ou lesdites surfaces filtran- 35 tes sont traitées à l'aide d'un produit chimique absorbant l'eau. 14) Précipiteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que ledit moyen ionisant comporte un premier fil ionisant et un second fil ionisant monté soit dans une zone ionisante établie par ledit premier fil, soit dans un évide- 40 ment d'une plaque de polarisation constituant ledit moyen polari 72 16460 11 2137645 sant, à une distance préfixée dudit premier fil. 15) Précipiteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que le moyen polarisant est formé d'une série de plaques de polarisation disposées de manière à établir 5 une zone à intensité de champ accrue en aval dudit passage, afin de filtrer toute poussière résiduelle. 16) Précipiteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé en ce qu'au moins trois surfaces filtrantes sont agencées pour définir deux passages ou plus, dont chacun comporte 10 ses propres moyens ionisant et polarisant. 17) précipiteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 16, caractérisé en ce que les moyens ionisant et polarisant sont disposés dans des cellules ou chambres latéralement juxtaposées et communicantes, présentant plusieurs entrées et au moins une 15 sortie. 18) Précipiteur selon la revendication 17, agencé pour être suspendu à un plafond, comportant une cellule ou chambre qui contient le moyen ionisant, disposée au-dessous ou au-dessus d'une cellule ou chambre contenant le moyen polarisant. 20 19) Immeuble, véhicule ou autre structure à chambre, cellule ou enceinte fermée contenant de l'air chargé de poussière qu'on épure par procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou au moyen d'un précipiteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 18.