Brevet FR2217076A1 — publié le 19740906

La présente invention concerne un dispositif d'ionisation de gaz pour le chargement electrique de particules portees par un courant de gaz, notamment dans un electrofiltre, comprenant au moins une électrode filiforme à effet de couronne et au moins une contre-électrode, a laquelle est appliquée une haute tension pour produire une décharge en couronne au niveau de l'électrode à effet de couronne. Dans les lectrofilcres, par exemple pour la purification d'air, l'air chargé de poussière devant tre purifié est amené sur plusieurs électrodes a effet de couronne sensiblement filiformes, en vue de charger électriquement les particules de poussière dans la décharge en couronne de l'électrode à effet de couronne, de sorte que les particules électriquement chargées se déplacent vers les electrodes collectrices mises à la masse et ordinairement maintenues a un potentiel positif et y sont isolées. Dans un lectrofiltre l'air ne peut tre bien nettoyé que si toutes les particules à isoler sont chargées. Pour ce faire il faut des décharges en couronne abondantes qui sont obtenues en prévoyant des électrodes à effet de couronne ayant un rayon de courbure le plus petit possible en vue d'obtenir des intensités de champ élevées au niveau de ces électrodes et en appliquant à celles-ci une tension continue la plus élevée possible qui se situe juste au-dessous de la limite de claquage, en général entre 30 et 80 kV. Malgré ces mesures, pour assurer une purification passablement satisfaisante, c'est-à- dire un chargement suffisant des particules, seulement des vitesses de débit de gaz comparativement faibles sont possibles, en général la vitesse est diminuée jusqu'à 30 cm/min., de sorte qu'il faut des appareils très encombrants pour traiter de grandes quantités d'air. En mme temps il se pose divers problèmes techniques de construction et de fonctionnement. Les fils constituant les électrodes à effet de couronne sont longs et très minces et fléchissent lors de l'application de la haute tension, ce qui risque de provoquer un court-circuit. Afin d'éviter cela il faut prévoir des dispositifs de tension pour les fils d'électrodes a effet de couronne. Au lieu de fils très minces pour les électrodes à effet de couronne et les dispositifs de tension, on utilise également des fils plus épais ayant un profil triangulaire ou rectangulaire en coupe transversale qui sont plus stables et qui présentent aux artes le petit rayon de courbure nécessaire pour obtenir des intensités de champ élevées. On a déjà proposé des fils d'électrodes à effet de couronne ayant des points. Dans la construction d'electrofiltres l'avis général est que le diamètre d'un fil à effet de couronne n'a pratiquement aucune influence sur 1'effet de couronne, du fait que, pour obtenir 1'effet de couronne, ce n'est pas tant le diamètre du fil qui est déterminant mais plutôt les irrégularités de surface et en outre les particules qui se posent brièvement sur la surface du fil et qui créent des points où l'intensité de champ est particulièrement élevée, et d'où part 1'effet de couronne. Si un fil ayant un diamètre de 0,07 mm par exemple et un fil de 0,2 mm de diamètre reçoivent la mme tension négative, les deux présentent dans le noir la mme forme de couronne, a savoir des centres d'effet de couronne irrégulièrement répartis (points lumineux) qui se déplacent le long du fil. Au niveau de ces centres locaux d'effet de couronne les décharges provoquées par les hautes tensions de fonctionnement appliquées sont si fortes qu'il se forme de l'ozone et des gaz azotés dans les electrofiltres a air. Les grandes installations de filtrage produisent des quantités comparativement élevées de ces gaz nocifs, de sorte qu'elles doivent tre implantées dans des régions non peuplées, ou il faut prévoir de hautes cheminées pour écarter ces gaz. Des installations d'électrofiltrage pouvant purifier par exemple entre 10 000 et 20 000 m3 d'air par heure sont encombrantes, ? chambres d'une longueur de 20 m ne sont pas rares, sont onéreuses, tant en raison des dispositifs à haute tension nécessaires que d'un isolement coûteux et ne peuvent tre installées sans tenir compte éventuellement de mesures de précaution coûteuses. Dans des pièces habitées fermées, il est également douteux qu'on puisse envisager l'emploi de petits modèles d'un tel électrofiltre d'air en raison des gaz azotés dégagés. En consequence, un but de la présente invention est de réaliser un dispositif d'ionisation de gaz qui, avec une haute tension de fonctionnement comparai- vement basse, assure, en vue d'une élimination efficace, un chargement suffisant des particules portées dans le courant de gaz et qui est à la fois simple quant à sa construction et économique quant à sa fabrication, pouvant s'appliquer ega- lement tant aux petits lectrofiltres qu'à de grandes installations de filtrage. Pour atteindre ce but selon la présente invention, dans un dispositif d'ionisation de gaz du type décrit comprenant au moins une électrode filiforme à effet de couronne et au moins une contre-électrode, l'électrode à effet de couronne est constituée d'un fil d'un métal a point de fusion élevé ayant une texture fibreuse, dans lequel des cristaux allongés s'imbriquent les uns dans les autres, métal comme le tungstène ou le tantale par exemple. La stabilité mécanique de l'électrode à effet de couronne est ainsi si élevée que l'on peut utiliser des fils très minces mme sans dispositifs de tension. L'épaisseur du fil de 1' électrode à effet de couronne est de préférence inférieur à o, 08 mm. Le fil constituant l'électrode à effet de couronne peut tre thorite de façon connue et/ou peut comporter une couche superficielle d'au moins un oxyde alcalino-terreux, ce qui permet d'utiliser des tensions de fonctionnement mme plus basses. On peut obtenir une augmentation de la densité de charge dans 1'espace d'ionisation, et, partant, une particule mme plus chargée en prévoyant pour 1'ectrode à effet de couronne un fil enroulé en une seule, en deux ou en plusieurs hélices, du fait que la longueur effective de l'électrode à effet de couronne peut tre ainsi augmentée de plusieurs fois. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après a titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel : -la figure 1 est une vue d'une électrode à effet de couronne constituée par un conducteur en hélice qui est fixé à une plaque d'électrode ; -la figure 2 est un dispositif d'ionisation de gaz comportant une électrode à effet de couronne analogue a celle de la figure) et deux contre-électrodes en forme de plaque ; et -la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un lectrofiltre comprenant plusieurs électrodes à effet de couronne conformes à celle de la figure) et plusieurs contre-électrodes qui servent d'électrodes collectrices. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif d'ionisation de gaz conforme à la présente invention une plaque d'électrode 2, par exemple en tôle de fer ou tôle d'aluminium, est prévue pour le montage de l'électrode a effet de couronne 1 et comporte des pattes saillantes 2a aux extrémités d'un côte longitudinal. L'électrode filiforme) est fixée par ses extrémités aux deux pattes 2a de l'électrode 2 en forme de plaque et s'étend entre les angles avant de cette plaque d'électrode. L'electrode I quant à elle est constituée d'un fil mince d'un métal, de préférence le tungstène ou le tantale, à point de fusion élevé et présentant une texture fibreuse, un tel fil étant produit industriellement pour diverses applications. Il est avantageux d'utiliser un fil thorite parce que sa recristallisation est retardée, de sorte qu'il ne devient pas cassant rapidement. En vue de faciliter l'émission d'électrons, l'électrode filiforme à effet de couronne peut tre recouverte de manière classique d'une couche constituée d'au moins un oxyde alcalino-terreux. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le fil mince est enroulé en au moins une hélice pour obtenir l'électrode a effet de couronne 1. Le fil enroulé en hélice est fixé sous tension aux pattes 2a de la plaque d'électrode, au moyen par exemple d'organes de serrage, de sorte qu'il demeure suffisamment tendu lors mme de modifications de longueur provoquées par la température et qu'il ne fléchit que peu lors de l'appli- cation de la haute tension. En prévoyant une ou plusieurs hélices, on obtient une augmentation de la longueur effective des électrodes à effet de couronne en ce qui concerne l'ionisation, ce qui augmente considérablement l'efficacité de l'appareil. De plus petits appareils d'un rendement plus bas peuvent comprendre des électrodes filiformes à effet de couronne qui sont tendus. Le diamètre du fil est inférieur a 0,08 mm et de préférence on utilise des fils extrmement minces de 0,02 mm par exemple. Avec de tels fils minces on obtient un effet inattendu. Comme on l'a déjà mentionne, dans les lectrofiltres 1'effet de couronne est indépendant du diamètre du fil a effet de couronne ; il se produit pour les fils de diamètres différents constituant les électrodes a effet de couronne mises à un potentiel négatif la mme forme de décharge, à savoir des centres de décharge ponctuels progressifs. Des experiences ont démontré que, dans un électrofiltre comprenant une électrode filiforme à effet de couronne mise a un potentiel négatif, partir d'une épaisseur de fil déterminée et en diminuant le diamètre du fil les centres ponctuels de décharge (centres d'effet de couronne) deviennent de plus en plus rares et disparaissent complètement a la fin et deviennent une effluve en couronne, dans laquelle le gaz luit uniformément autour du fil de manière cohérente, de mme que dans le cas d'un fil mis à une tension positive équivalente. Cela est très important dans un lectrofiltre d'air, du fait que de l'ozone et des gaz azotés se forment notamment dans les décharges a effet de couronne. Avec une électrode a effet de couronne constituée par un fil extrmement mince, ayant par exemple un diamètre de 0,02 mm, on peut obtenir des intensités de champ de 10 V/cm avec une tension appliquée de I kV, sans qu'il se produise une décharge a effet de couronne appréciable. Dans le dispositif d'ionisation de gaz représenté sur la figure 2, la plaque d'électrode 2 (figure 1) avec l'electrode est disposée entre deux électrodes 3 en forme de plaque. A proximite de l'électrode à effet de couronne 1, ces électrodes 3 constituent les contre-électrodes pour provoquer l'effluve en couronne et forment en outre un condensateur avec la plaque d'électrode 2. Un courant de gaz 4 passe sur l'électrode à effet de couronne) et entre les plaques d'elec- trode 2 et 3. Les électrodes en forme de plaque 3 sont comme d'habitude a une tension positive et sont mises a la terre, la plaque d'électrode 2 comportant l'électrode à effet de couronne étant à une tension négative. La tension est obtenue par exemple du réseau de distribution au moyen d'un transformateur à haute tension 5 (figure 3) et d'un circuit redresseur constitué de diodes 6 et de condensateurs C. Les particules chargées sont isolées sur les électrodes 3, c'est- a-dire sur les électrodes collectrices. Un électrofiltre d'essai comportant un dispositif d'ionisation de gaz conforme a la présente invention, avec une tension continue de fonctionnement entre 3 et 6 kV (intensité de courant de fonctionnement entre 3 et 4mA) et une vitesse d'air de 30 à 50 m/min., a fait preuve d'une efficacité élevée surprenante par comparaison aux electrofiltres connus, la production d'ozone et de gaz azotes étant négligeable. Dans le cas de rendements plus importants, plusieurs chambres analogues peuvent tre combinées pour obtenir une unité de construction, comme le montre schematiquement la figure 3. Entre chaque paire d'électrodes collectrices 3a se trouve une plaque d'électrode 2 comportant une électrode à effet de couronne 1. Pour réaliser des rendements mme plus importants, plusieurs unités de construction peuvent tre assemblées pour former une installation. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'ionisation de gaz pour le chargement électrique de particules contenues dans un courant de gaz, comprenant au moins une électrode filiforme à effet de couronne et au moins une contre-électrode, ces électrodes étant mises sous haute tension pour provoquer une décharge en couronne au niveau de 1'elec- trode a effet de couronne, caractérisé en ce que l'électrode à effet de couronne (1) est constituée d'un fil mince en un metal a point de fusion élevé et d'une texture fibreuse, dans lequel des cristaux allongés s'imbriquent les uns dans les autres. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil constituant l'électrode à effet de couronne a un diamètre inférieur à 0,08 mm. 3. Dispositif selon la revendication 1, caraderisé en ce que le fil constituant l'électrode a effet de couronne est recouvert d'une couche d'oxyde. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche d'oxyde du fil constituant l'électrode a effet de couronne est constituée d'au moins un oxyde alcalino-terreux. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil constituant l'électrode à effet de couronne est thorite. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fil constituant l'électrode à effet de champ est en tungstène ou tantale. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications t à 6, caractérisé en ce que le fil constituant l'électrode à effet de couronne est enroule en au moins une hélice. 8. Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que le fil constituant l'électrode a effet de couronne est relié électriquement a une plaque d'électrode (2). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque d'électrode (2) a une forme rectangulaire et comporte sur un coté frontal deux pattes saillantes (2a), entre lesquelles le fil constituant l'électrode à effet de couronne (1) est tendu. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 9, caractérisé en ce que plusieurs contre-électrodes (3) en forme de plaque sont disposées les unes au-dessus des autres pour en faire une pile, une plaque d'électrode (2) comportant une électrode filiforme à effet de couronne étant prévue entre chaque paire de contre-électrodes (3).