Brevet FR2318683A1 — publié le 19770218

L'invention concerne un dispositif produisant des décharges en effluves et, notamment, un courant d'effluves. L'invention concerne en particulier un dispositif destin à une chambre de précipitation électrostatique. Il est connu d'utiliser des chambres de précipitation électrostatique pour éliminer de courants gazeux des particules et des gouttelettes contaminantes. Dans les applications industrielles à grande échelle, ces chambres contiennent généralement des rangées d'électrodes verticales, disposées dans une enceinte parcourue à une vitesse relativement élevée par un courant gazeux chargé de poussières. Les électrodes actives ou émettant les effluves sont classiquement des fils conducteurs dont la longueur peut atteindre quelquefois 12 mètres, suspendus verticalement à des isolateurs fixés à la partie supérieure de l'enceinte. Ces électrodes peuvent être soumises à des tensions atteignant - 45 à - 50 000 volts. les électrodes collectrices sont généralement des plaques planes fixées dans l'enceinte et reliées électriquement à la masse.Lorsqu'une telle installation fonctionne, la décharge en effluves des fils conducteurs provoque une ionisation des particules de poussières voisines qui sont ainsi dirigées vers les plaques collectrices par une force répondant à la loi de Coulomb Ces électrodes collectrices sont soumises périodiquement à des vibrations ou des chocs, de manière que les particules contaminantes récupérées tombent par gravité sur le fond de 11 enceinte pour être ensuite retirées. De solides isolateurs en céramique supportent et fixent classiquement les conducteurs émettant les décharges au toit de l'enceinte. En pratique, ces isolateurs doivent être protégés contre l'encrassement par lthumidité, la poussière et les brouillards. L'accumulation d'huile et de goudron, par exemple, sur les isolateurs peut provoquer l'apparition d'arcs électriques aux bornes de ces derniers et, par conséquent leur défaillance mécanique, par exemple leur bris. Dans certaines applications industrielles, la période d'accumulation critique peut descendre Jusqu'à 2 heures Dans de tels cas, il est classique de purger périodiquement les isolateurs avec un gaz inerte ou avec de grandes quantités de vapeur d'eau.Dans de nombreux cas, une purge à l'air ne peut être réalisée, car le gaz présent dans la chambre de précipitation risque d'exploser lorsqu'il est mélangé avec l'air, notamment en raison du fait que l'apparition d'étincelles électriques est fréquente dans de nombreux types de chambres de précipitation. le chauffage électrique constitue un autre procédé utilisé quelquefois pour le nettoyage des isolateurs. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 1 888 606 décrit un dispositif produisant un champ électrique destiné à empêcher le dépôt de matières sur les électrodes. L'invention concerne un dispositif permettant de diminuer les opérations d'entretien et de remplacement des isolateurs qui supportent les électrodes émettant un courant d'effluves dans une chambre de précipitation électrostatique. L'invention concerne notamment un dispositif produisant des décharges en effluves et un courant gazeux, de manière à s'opposer à l'accumulation d'huile et de particules de poussières sur les isolateurs supportant les électrodes émettrices d'effluves dans une chambre de précipitation électrostatique. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'une chambre de précipitation électrostatique comportant plusieurs dispositifs selon l'invention la figure 2 est une coupe axiale partielle, à échelle agrandie, d'une partie de la chambre de la figure 1 et de l'un des dispositifs selon l'invention la figure 3 est une coupe semblable à celle de la figure 2, à échelle plus agrandie, de l'un des dispositifs selon l'invention de la chambre de précipitation ; et la figure 4 est une coupe transversale partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 3. La figure 1 représente une chambre classique de précipitation électrostatique, comprenant une enceinte ou enveloppe principale il qui délimite un compartiment d'écoulement dans lequel des gaz chargés de particules pénètrent à vitesse relativement élevée par une ouverture 14 d'entrée occupant approximativement la totalité d'une paroi avant 15. Les gaz nettoyés sortent de la chambre par une ouverture de la paroi arrière de cette dernière.Plusieurs électrodes émettrices et plusieurs électrodes collectrices sont disposées verticalement le long de la trajectoire d'écoulement des gaz, à ltintérieur de l'en- ceinte. les électrodes émettrices comprennent de longs fils conducteurs 19 suspendus par groupes à des éléments 21 conducteurs du courant électrique et disposés parallèlement à la direction d'écoulement des gaz, à proximité du toit 22 de 11 enceinte. De lourdes masses 23 sont fixées aux extrémités inférieures des fils émetteurs, de manière à les tendre et à les maintenir droits afin qu'ils n'entrent pas en contact avec les électrodes collectrices.Ces dernières, dans la forme de réalisation représentée, comprennent des plaques 25 approximativement planes et espacées les unes des autres, fixées à l'en- ceinte et orientées de manière que leurs surfaces soient approximativement parallèles à la direction d'écoulement des gaz. Toutes ces plaques collectrices sont mises à la masse par l'enveloppe et, par conséquent, leur potentiel électrique est nul. En pratique, les fils émetteurs 19 sont soumis à une certaine tension ou chargés à un potentiel négatif élevé, par exemple - 45 à - 50 000 volts, de maniere à produire un champ électrique et des décharges en effluves entre eux et les plaques collectrices. les effluves ionisent les particules solides et les gouttelettes entraSnées dans le courant gazeux qui traverse la chambre de précipitation. Des forces électrostatiques ou répondant à la loi de Coulomb dirigent ainsi les ions vers les plaques collectrices. Ces dernières sont soumises périodiquement à des chocs de manière à dégager les particules accumulées qui tombent ainsi dans des trémies 26 disposées dans le fond de ltenceinte,et qui peuvent ensuite être retirées. tans de nombreuses applications, l'efficacité de ces chambres de précipitation électrostatique est supérieure à 99 %. les éléments conducteurs 21, auxquels les groupes de fils émetteurs 19 sont suspendus, sont disposés en rangées et connectés les uns aux autres par des traverses 27 montées dans l'en- ceinte 11. Ces éléments et les traverses constituent un cadre relativement rigide pour le montage des fils émetteurs. Des tiges conductrices 31, espacées les unes des autres, pendent du toit 22 de l'enceinte et maintiennent ce cadre. Les extrémités supérieures des tiges sont reliées à une source d'alimentation à haute tension (non représentée) qui comprend généralement un transformateur important et un redresseur montés sur le toit de l'enceinte. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, des dispositifs classiques 28 produisant des vibrations sont montés au-dessus de certaines des tiges 31, de manière à les agiter périodiquement pour réaliser le nettoyage.Dans ce cas, des isolateurs robustes 29 relient mécaniquement les tiges 31 aux vibrateurs 28. Comme représenté sur les figures 2 et 3, les tiges 31 descendent par des ouvertures associées 33 relativement grandes, présentées par le toit 22 de l'enceinte. Des isolateurs cylin driques 37, réalisés, par exemple en porcelaine, en silice fondue ou en alumine fondue, sont fixés hermétiquement autour de ces ouvertures. les tiges 31 sont suspendues à des plaques circulaires, métalliques et résistantes 39 qui reposent en les fermant sur les extrémités supérieures des isolateurs cylindriques 37. Des écrous 41 ou autres peuvent fixer les tiges à ces plaques. Par conséquent, le poids des tiges de montage et donc le poids total des fils émetteurs et du cadre sont supportés par les isolateurs cylindriques représentés et appliquent une charge de compression. Ces isolateurs cylindriques assurent l'isolation électrique entre les tiges et la paroi de la chambre de précipitation. Comme représenté sur la figure 1, les isolateurs cylindriques sont recouverts de boîtiers protecteurs 43 montés sur le toit de l'enceinte. Lorsque les chambres de précipitation électrostatique du type décrit ci-dessus sont utilisées pour l'épuration de courants gazeux contenant certains types de substances contami nantes, notamment des huiles légères et des brouillards de goudron, ces substances tendent à s'accumuler et à former un revêtement sur les isolateurs cylindriques 37, partiellement en raison du fait que le courant gazeux est relativement lent à proximité du toit de l'enceinte. De plus, des fuites de gaz apparaissent souvent dans la chambre de précipitation à proximité des isolateurs cylindriques et peuvent provoquer des accumulations d'huile et de poussières sur ces derniers.Avec le temps, de telles accnmulations peuvent faire apparaître des arcs électriques entre les extrémités des isolateurs et peuvent provoquer ainsi le bris ou toute autre défaillance mécanique de ces derniers. l'invention concerne un dispositif 47 empêchant ou réduisant de telles accumulations d'huile et d'autres particules sur les isolateurs cylindriques 77. Comme représenté, notamment sur les figures 2 à 4, chaque dispositif 47 comprend une enveloppe conductrice 49, se présentant sous la forme approximative d'une bouteille ou urne disposée verticalement et comprenant une partie centrale de grande largeur et arrondie, et des extrémités rétrécies. Ces enveloppes sont disposées coaxialement sur les tiges 31, de manière à les entourer à une certaine distance. les tiges 31 traversent ainsi les enveloppes sans entrer en contact avec leurs parois. les enveloppes sont mises à la masse par l'enceinte de la chambre de précipitation et, par conséquent, de même que les plaques collectrices, leur potentiel est nul.Elles sont avantageusement réalisées dans un métal de faible épaisseur. Dans une forme avantageuse de réalisation selon I t in- vention, les extrémités inférieure et supérieure de chaque enveloppe sont ouvertes, c'est-à-dire qu'elles présentent des embouchures ou ouvertures de grande dimension. En particulier, les embouchures inférieures des enveloppes sont relativement grandes par rapport au diamètre des tiges 31 et elles sont légèrement recourbées. Dans certaines variantes, les embouchures supérieures des enveloppes peuvent être fermées ou obturées hermétiquement. Cependant, dans la forme de réalisa tion représentée, ces embouchures supérieures sont fixées au toit 22 de l'enceinte de précipitation et entourent les ouvertures 33 par lesquelles les tiges de suspension passent. Plusieurs éléments vert-icaux 51, 52 et 53, de dimensions respectivement faible, moyenne et grande, en forme d'ailettes, dépassent radialement des tiges 31 à l'intérieur des enveloppes. Ces éléments en forme d'ailettes sont des plaques minces, de forme approximativement semi-circulaire,et espacées circonférentiellement les unes des autres autour des tiges 31. Les petites ailettes 51 sont situées sur les deux côtés des grandes ailettes 53 et sur les deux côtés des ailettes moyennes 52. Aucune de ces ailettes n'entre en contact avec la paroi 49 de l'enveloppe associée. les ailettes sont reliées électriquement aux tiges de suspension par brasage ou soudage, par exemple, et par conséquent, elles sont portées au même potentiel électrique élevé que les fils émetteurs. leurs bords périphériques extérieurs présentent des dents ou pointes 55 orientées à peu près radialement et vers le bas, c'est-à-dire vers l'embouchure inférieure de l'enveloppe associée. Toutes ces dents sont avanta geusement présentées par Iv bords des ailettes situés au-dessous des plans horizontaux passant par la partie extreme la plus large ou la plus éloignée dans la direction radiale de chaque ailette. les dents étant soumises à des charges élevées, elles constituent des sources de décharges en effluves orientées vers les parties inférieures des enveloppes. Ces décharges créent un courant d'effluves à l'intérieur de l'enveloppe. L'effet électrique d'un tel courant dépend généralement de l'écoule- ment de molécules gazeuses non ionisées sous l'influence d'un gradient de champ électrostatique. En général, un courant d'effluves provient de sources ponctuelles à charge élevée, orientées vers une électrode mise à la masse. les ions excités produits par ces sources entrent en collision avec les molécules gazeuses non chargées et leur communiquent une certaine vitesse. les molécules d'air sont ainsi dirigées vers les électrodes mises à la masse. En fait, un tel courant d'effluves exerce une pression mécanique pouvant être déterminée. Dans la forme de réalisation représentée, le courant d'effluves suit un mouvement tourbillonnaire qui, comme indiqué par les flèches courbes, est orienté de haut en bas dans les enveloppes. En particulier, le courant dteffluves descend le long de la tige, entre les ailettes, puis s t élève le long des parois de l'enveloppe. Cette forme de mouvement est due en partie au fait que la pression gazeuse est relativement plus importante à proximité immédiate des pointes 55 de décharge et, notamment, dans les espaces présentant une certaine concentration de pointes. la forme ou le profil de l'enveloppe favorise ou complète les gradients de pression dus à la disposition des pointes de décharge d'effluves.Toutes les particules ou gouttelettes entraSnées dans le tourbillon gazeux, par exemple les particules provenant de la chambre de précipitation et s'élevant dans l'enveloppe en pénétrant par l'embouchure inférieure de cette dernière, sont soumises aux forces de la précipitation électrostatique et sont ainsi appliquées sur les surfaces internes des parois des enveloppes et non sur les isolateurs cylindriques. in général, les particules d'huile recueillies dans les enveloppes s'égouttent ou retombent dans la chambre de précipitation électrostatique pour être finalement récupérées. La forme d'enveloppes représentée convient notamment au courant d'effluves produit par les décharges électriques des pointes 55. Dans la forme de réalisation représentée, par exemple, les distances radiales comprises entre les diverses pointes 55 du bord de l'une quelconque des ailettes et la paroi de l'enveloppe sont approximativement constantes. Dans le cas d'une fuite par laquelle les gaz pénètrent dans la chambre de précipitation par les extrémités supérieures des isolateurs cylindriques, la répartition de la pression gazeuse à l'intérieur des enveloppes oblige ces gaz à s'écouler le long des tiges plutôt que le long des parois des isolateurs cylindriques. La même forme d'écoulement se produit à l'intérieur -des enveloppes dans le cas où les embouchures supérieures de ces dernières sont obturées hermétiquement. le courant d'effluves se produisant dans les enveloppes dépend principalement de la répartition spatiale des pointes de décharge d'effluves, et non de la forme des ailettes. Par conséquent, il est possible de remplacer ces dernières par des éléments en forme de brosses, réalisés et disposés de manière à présenter des points de décharge d'effluves dont la répartition spatiale est la même que celle décrite ci-dessus. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de production d'un courant d'effluves, caractérisé en ce qu'il comporte un élément en forme de tige, conducteur du courant électrique et destiné à être relié à une source d'alimentation en énergie électrique à haute tension, une enveloppe conductrice du courant électrique et montée à une certaine distance autour de l'élément en forme de tige, une première extrémité de cette enveloppe présentant une première embouchure ouverte par laquelle ledit élément passe et dont la dimension est relativement importante par rapport au diamètre dudit élément, plusieurs organes pointus, émetteurs de décharges en effluves, étant fixés circonférentiellement autour de l'élément e forme de tige et dépassant de ce dernier vers l'extérieur, c'est-à-dire vers l'enveloppe et approximativement vers la première embouchure de cette dernière, la paroi de ladite enveloppe étant espacée radialement des extrémités des organes pointus, ladite enveloppe étant destinée à être reliée à la masse, de manière que les décharges électriques provenant des pointes des organes soient dirigées vers l'enveloppe et provoquent un écoulement gazeux à l'intérieur de cette dernière, dans l'espace compris entre celle-ci et l'élément en forme de tige lorsque ce dernier est chargé à un potentiel élevé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie centrale de l'enveloppe est de grande dimension et ses extrémités sont étroites, la forme de ladite parte centrale étant telle que les distances radiales comprises entre les diverses pointes des organes émetteurs et la pari de l'enveloppe sont approximativement constantes. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux extrémités de l'enveloppe sont ouvertes, l'élément en forme de tige passant dans ces extrémités sans les toucher. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la répartition spatiale des polntes est telle que l'écoulement gazeux à 1'intérieur de l'enveloppe est tourbillonnaire, cet écoulement passant le long de l'élément en forme de tige, entre les organes à pointes, en se dirigeant vers la première embouchure, puis changeant de direction et passant le long des parois de l'enveloppe en s'éloignant de ladite première embouchure.