Brevet FR2545731A1 — publié le 19841116

La présente invention concerne une unité d'épuration et de filtration à placer en dérivation d'une cheminée de chauffage pour immeubles collectifs, unités industriel les ou maisons individuel les, permettant de diminuer notablement la pollution atmosphérique engendrée, en particulier, pendant la saison de chauffage. En hiver, toutes les formes de pollution atmosphérique telles que fumées industrielles, batiments collectifs ou pavillons stagnent au-dessus des villes. Lorsque le centre de ces villes est placé dans une cuvette entourée de montagnes, les vents dominants au lieu de disperser le nuage de pollution, le concentrent et le projettent sur la ville par un véritable effet tourbillonnaire. Dans certaines villes comme ANKARA, en Turquie, où l'on dénombre chaque année une centaine de morts provoquées par la pollution atmosphériques, les autorités ont décrété un plan de sauvegarde destiné à limiter l'utilisation des véhicules ou des chaudières. Les véhicules circulent alternativement un jour sur deux suivant la parité de leur numéro minéralogique. Les écoles maternelles sont fermées. Les usines travaillent seulement trois jours par semaine. De plus, les enfants de moins de 5 ans ou les personnes âgées de plus de 50 ans sont astreintes au domicile. La gravité du problème a amené certains constructeurs à étudier de plus près les solutions à apporter pour limiter la pollution créée par les fumées des chaudières. Un procédé simple propose l'épuration des fumées par décantation dans un cyclone placé en tête de cheminée. Si ce procédé permet d'éliminer les particules solides, il se révèle totalement inefficace quant à l'épuration chimique des gaz de combustion. D'autres ensembles de filtration ont été proposés. Ainsi, la filtration par effet électrostatique simple permet d'éliminer les suies, les imbrûlés et une certaine quantité de dioxyde de soufre contenu dans les fumées. Un procédé allemand, de filtration par médias secs plus filtres humides, et parallèlement un procédé japonais de filtration par médias secs plus charbon actif assure la rétention primaire du dioxyde de soufre contenu dans les fumées. De tels procédés, s'ils permettent l'élimina- tion des suies, imbrGlés et d'une certaine quantité de dioxyde de soufre, s' avèrent I imités dans leurs applications et leur efficacité. Ils ne permettent pas, en outre, de transformer ou de retenir l'oxyde de carbone des fumées de combustion et de procéder au nettoyage des différentes filtres à poste et sans intervention extérieure. L'objectif général de l'invention est de remédier aux inconvénients indiqués ci-dessus et de satisfaire les besoins exprimés dans la description effectuée ci-après. Un autre objectif de l'invention est de proposer une unité d'épuration et de filtration à haut rendement à placer en dérivation d'une cheminée de chauffage. Un objectif supplémentaire de l'invention est de proposer une unité d'épuration et de filtration permettant le nettoyage des filtres sans intervention sur place par l'utilisation d'eau ou de solution sodée et dont la mise en oeuvre se fait à distance et de façon automatique. D'autres objectifs de l'invention apparaîtront dans le développement ultérieur de la description. Selon certaines caractéristiques, l'unité d'épuration et de filtration selon l'invention comprend un registre pivotant, logé dans le conduit de cheminée et destiné à obturer le passage des fumées, les obligeant à passer dans le complexe de filtration, au travers de bouches d'aspiration et de volets d'étanchéité, un préfiltre à action électrostatique en polytetrafluo réthylène, un filtre à action électrostatique à base de matière connue sous la dénomination Téflon, un filtre à charbon actif ainsi qu'un ozoneur permettant de neutra liser l'oxyde de carbone. Selon certaines autres caractéristiques, l'unité d'épuration et de filtration selon l'invention comprend des éléments nettoyants pour les filtres et plus particulièrement des buses -de pulvérisation à jets carrés, destinés à nettoyer le préfiltre à action électrostatique en polytétrafluoréthylène, un bloc contenant une solution sodée, dont le remplissage -et le contrôle de niveau est assuré par une pompe et un flotteur double. La pompe alimente une rampe de gicleurs, de façon à crééer un micro brouillard de dispersion d'eau nettoyant le filtre à base de -matière connue sous la dénomination Téflon. Un séparateur de gouttelettes est également prévu afin de bloquer les particules d'eau qui traversent le filtre à base de matière connue sous la dénomination Téflon. Selon d'a#utres caractéristiques, l'unité d'épuration et de filtration selon l'invention comprend un conduit de refoulement des gaz purifiés dont les dimensions varient en fonction de la puissance de la chaudière, ainsi qu'une tourelle d'extraction des fumées, destinée à compenser les pertes de charges engendrées dans le complexe de filtration. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans le développement de la description sans aucune limitation à une forme de réalisation, procédé, étape, dispositif, composant. L'invention et ses. objectifs et aspects variés apparaîtront plus aisément dans la description détaillée ci-après des variantes préférées, illustrées à titre d'exemple- par des dessins accompagnants dans lesquels les références identiques désignent des éléments identiques ou fonctionnellement équivalents, dessins dans lesquels - La figure 1 est une vue mixte en élévation et en coupe verticale de l'unité d'épuration et de filtration selon iPinvetion. - La figure 2 est une vue composite de profil et en coupe verticale de l'invention repré sentée en figure 1. - La figure 3 est une vue en plan et en coupe de l'invention représentée en figure 1. L'unité d'épuration et de filtration selon l'invention, généralement référencée 1, est disposée directement au-dessous du toit, dans les combles, et branchée sur la cheminée 2, par l'intermédiaire de bouches ~d'aspiration des fumées 3. Lesdites bouches d'aspiration 3 sont reliées chacune par un conduit tubulaire d'un diamètre par exemple compris entre 100 et 150 mm. Selon le mode de réalisation représenté, l'unité d'épuration et de filtration se présente sous la forme d'une double unité d'épuration et comporte deux compartiments identiqueu' fonctionnant alternativement. Lorsque le côté gauche est ouvert, jouant pleinement son rôle de filtration des fumées, le côte droit est fermé, permettant ainsi le nettoyage des filtres. Lorsque l'unité d'épuration fonctionne un registre 4 obture le passage des fumées, obligeant ces dernières à passer par les bouches 3. Ledit registre 4 est constitué généralement par une plaque métallique plane, pivotant autour d'un axe selon un débattement pouvant aller Jusqu'à 900 d'angle. Pour une installation fonctionnant au mazout, ledit registre 4 sera fixe car, en l'absence de courant électrique, le brûleur ne fonctionne plus. A l'intérieur des bouches d'aspiration des fumées 3, et placés du côté de l'unité d'épuration 1 proprement dite, des volets d'étanchéité 5 s'ouvrent et se ferment alternativement et permettent le fonctionnement alternatif des côtés gauche ou droit de l'unité, c'est-à-Jire que lorsque le côté gauche est ouvert, obl ig#toirement le volet droit sera fermé. La fréquence d'ouverture et de fermeture de ces volets dépend du taux d'encrassement des préf i Itres 6. Selon un mode de réalisation de l'invention, la commande de manipulation de ces volets 5 est programmée par une horloge. Les préfiltres 6 situés en partie basse de l'unité d'épuration sont des filtres à action électrostatique en polytétrafluoréthylène pouvant résister à des températures voisines de 2500C. Ces préfiltres 6 engendrant des pertes de charges d'environ 1,5 mm de colonne d'eau et conçus pour arrêter les particules solides telles que suies et imbrûlés, retiennent environ 50 % du soufre contenu dans les éléments solides et du dioxyde de soufre contenu dans les ~gaz de combustion. Situées au-dessus de ces préfiltres, des buses de pulvérisation 7 à jets carrés projettent un filet d'eau à contre courant du trajet des fumées sur lesdits préfiltres. Les buses 7 sont placées respectivement dans les compartiments gauche et droit de l'unité de préfiltration. Un bac 8 en position centrale et légèrement en hauteur par rapport aux compartiments bas contient une solution sodée 9 à faible concentration apportée de l'extérieur. Une pompe de circulation 10 extérieure au bac 8 alimente en eau sodée une rampe de gicleurs 11. Un flotteur double 12, placé dans le bac 8, détermine, en niveau bas, le niveau d'eau sodée concentrée à 30 % de soude. En niveau haut, le flotteur détermine la quantité d'eau nécessaire à la oonne concentration du liquide ainsi obtenu. De part et d'autre du bac 8, sont situés en sa partie supérieure, des volets d'étanchéité 13 qui agissent à la manière de portes et permettent le passage des fumées depuis l'un ou l'autre des compartiments bas de l'unité d'épuration jusqu'en partie centrale haute. Lesdits volets 13 agissent en parallèle avec les volets 5. Selon un mode de réalisation de l'invention, la motorisation de ces volets se fait par contact magnétique à partir d'un coffret électrique, non représenté sur les schémas. Au-dessus du bac 8 et dans son prolongement, l'unité d'épuration et de filtration est conformée en un rétrécissement cyl indrique comportant successivement et vers le haut un filtre #4 à action électrostati- que à base de matière cc.nue sous la dénomination Téflon, un séparateur de gouttelettes 15, ainsi qu'un filtre à charbon actif 16 et unozoneur 17. Le filtre 14 est dans l'exemple choisi un filtre d'épaisseur 24 mm, de section 600 x 600 mm et pouvant résister à des températures voisines de 2500 C. L'efficacité de filtration à ce niveau est de l'ordre de 90 % pour une concentration en particules de 1 micron, (test ROYCO). Le filtre 14 est essentiellement destiné à retenir des particules de S02 en phase gazeuse, non entraînées par le microbrouillard. Le séparateur de gouttelettes 5, de section carrée également 600 x 600 mm, est essentiellement destiné à arrêter les particules d'eau provenant des gicleurs 11 et pouvant traverser le filtre 14. Le filtre à charbon actif 16 de dimensions 600 x 600 mm contient 21 kg de charbon.Pour un débit de fumées de 500 m3/h, ledit fi Itre 16 engendre. 3,5 mm de colonne d'eau de pertes de charges. L'efficacité à ce niveau de l'installation est de 98 à 99 % pour une concentration de 1 micron. (test ROYCO).L'ozoneur 17 placé en tête de l'unité d'épuration, est situé juste devant le conduit de refoulement 18, permettant aux fumées de rejoindre la cheminée 2. Ledit ozoneur 17 créé une oxydation de l'oxyde de carbone en suspension dans l'air ainsi que le montre la formule chimique CO + 03 = C02 + 02 Il pourra être supprimé dans une variante simplifiée. Selon le mode représenté de l'invention, le conduit de refoulement 18 de section 200 x @200 mm ou 300 x 300 mm suivant la puissance de la chaudière, traverse le mur de l # l'immeuble et est rattaché par ses extrémités, d'une part à l'unité d'épuration proprement dite, d'autre part à la cheminée 2 et cela de façon horizontale. Ladite cheminée 2 est terminée, en partie haute, par une tourelle d'extraction des fumées 19. Animée d'une vitesse de rotation de 1425 tr/mn en 220 V et consommant environ 70 W, la tourelle 19 crée une dépression réglable pouvant aller jusqu'à 20 mm de colonne d'eau compensant les pertes de charges engendrées par l'interposition du complexe de filtration. Selon le présent mode de réalisation de l'invention, illustrée par les figures 1, 2 et 3, le bac 8 comprend, en sa partie basse, un conduit d'écoulement 20, tubulaire et en matière plastique. Une électrovanne 21, placée sur le parcours de ce conduit 20 permet de bloquer l'évacuation de l'eau sodée contenue dans ledit bac 8. Deux écoulements 22 symétriques par rapport au dit bac 8 et situés en partie basse du complexe de filtration, permettent l'évacuation des eaux issues des buses de pulvérisation à jets carrés 7. Lesdits écoulements 22 tubulaires et en matière plastique, rejoignent le conduit 20 en un endroit déterminé situé au-delà de l'électrovanne 21 pour l'écoulement libre. Des dispositifs annexes et non représentés sur les schémas, permettent le bon fonctionnement de l'unité d'épuration et de filtration selon l'invention. Lesdits dispositifs, généralement situés au rez-dechaussée ou au sous-sol de l'immeuble recevant l'invention, comprennent une pompe de relevage doseuse d'un débit pouvant varier entre S et 15 I/mn, un fût d'une contenance de 200 I d'eau sodée concentrée à 30 %, un coffret électrique de dimensions 350 x 350 x 100 mm environ et contenant tous éléments et composants pouvant coordonner les opérations de régulation, program ment et de déclenchement des pompes de circulation 10 et de relevage, ainsi que les conduites d'alimentation en eau sodée, munies d'un clapet antiretour, se rascor- dant à la pompe 10. Est également prévu comme dispositif annexe, un complexe de traitement de l'eau du type détartreur électronique, faisant appel à un procédé physique qui consiste à faire passer un courant électronique de forme et de période adaptées dans I eau a traiter, afin de provoquer la germination des microcristaux et de favoriser la forme cristalline hexagonale : la vatérite. Le carbonate de calcium mono-cristallisé ne se dépose plus sous forme de tartre incrustant et se maintient en suspension dans l'eau. Cette application permet une longévité des gicleurs 7 et 11. En fonctionnement, le registre 4 est fermé et oblige les fumées montant dans la cheminée 2, a passer par les bouches d'aspiration 3. Le complexe de filtration comporte, ainsi que nous lavons vu dans la précédente description, deux compartiments qui fonc- tionnent alternativement. Alors qu'un # un de ces comparti- ments est en phase de filtration, l'autre est en phase de nettoyage des filtres. Ainsi, les volets 5 d'étanchéité dont la commande de manipulation est programmée par une horloge située dans le coffret électrique sont alternativement ouverts et fermés, libérant le passage des fumées vers l'un ou l'autre des compartiments. Les fumées traversent le préfiltre 6 du compartiment opérationnel, alors que les buses 7 de pulvérisation de ce même compartiment sont inopérantes. Le volet d'étanchéité 13 situé du côté de ce compartiment est également ouvert, laissant s'échapper la fumée vers la partie centrale du complexe de filtration. Simultanément, le compartiment symétrique est isolé par la fermeture des volets 5 et 13 correspondants. La buse de pulvérisation 7 située dans ce compartiment projette vers le bas un jet d'eau dont le but est de nettoyer le préf Itre correspondant. Cette eau s'écoule alors par le conduit 22 jusqu'à 'dégoût. La fréquence d'ouverture et de fermeture de ces volets est fonction du taux d'encrassement des préfiltres Le nettoyage du filtre 14 s'effectue grâce a' la rampe de gicleurs 11. Ces gicleurs, alimentés en permanence par la pompe 10, créent d'une part un micro-broui I lard humide par atomisation et, d'autre part, nettoient les fines particules de SO, se déposant sur le filtre 14. A ce niveau, l'anhydride sulfureux dissous par le micro-brouillard humide se transforme immédiatement en acide sulfurique de faible concentration. Lorsque le taux d'encrassement dudit fi Itre dépasse une valeur déterminée, l'éîectrovanne 21 s'ouvre pour vider le bac 8. La pompe de relevage, non représentée, située dans la cave de l'immeuble, puisera dans le fût de 200 litres, également situé dans la cave de l'immeuble, de façon à remplir à nouveau ledit bac et cela jusqu'au niveau inférieur défini par le flotteur double 12. Lorsque ce niveau est atteint, le flotteur s'arrête et, par l'intermédiaire d'un relais inverseur, l'alimentation en eau pure est enclenchée. Le deuxième flotteur arrêtera cette alimentation lorsque le niveau est atteint. Suivant un autre mode de réalisation de l'unité d'épuration et de filtration selon l'invention, et plus spécialement lorsqu'il est fait usage de chaudières au fuel, un certain nombre d'éléments décrits précédemment deviennent inutiles. En effet, la phase de nettoyage des filtres peut avoir lieu lors de l'arrêt de la chaudière et plus précisément lorsque le brûleur ne fonctionne pas. Le temps d'arrêt minimum du brûleur est conditionné par un relais temporisé. On utilisera donc un registre fixe 4 et on eliminera l'un des deux compartiments avec ses lents tels que préfiltre 6, buse de puivérisation 7 ainsi que la bouche d'aspiration 3 correspondants. Pour la bonne compréhension, divers éléments supplémentaires représentés sur les dessins sont à référencer. Les buses 7 sont alimentées en eau sous pression par un réseau 23 à travers des électrovannes 24. Une dérivation supplémentaire 25 raccorde ce réseau au bac 8 à travers une électrovanne 26 pour son alimentation en eau sodée à 30 % de concentration, puis le complément d'eau pure à partir d'une réserve disposée par exemple en cave, et amenée au niveau de l'unité d'épuration selon l'invention par une pompe de relevage. La description extensive suggérera ou révèlera à l'homme de l'art diverses modifications et variantes qui entrent dans l'esprit et dans le cadre de l'invention et de ses équivalents. REVEND I CAT IONS 1. Unité d'épuration et de filtration à placer en dérivation d'une cheminée de chauffage pour immeubles, collectifs, unités industrielles ou maisons individuelles permettant de diminuer la pollution atmosphé inique engendrée par les cheminées, en particulier pendant la saison de chauffe caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de préfiltration à deux compartiments fonctionnant alternativement communiquant avec la cheminée par deux conduits indépendants obturés sélectivement par des volets d'étanchéité (5), chaque compartiment étant équipé en partie basse au-dessus de chaque entrée correspondante (3) d'un bloc préfiltre (6) à action électrostatique nettoyé par projection d'eau à l'aide de buses (7), chambre double de préfiltration communiquant par l'un ou l'autr-e de ces compartiments avec un module central de filtration et d'épuration à réserve I i qu i dei partiellement encastré dans la chambre de préfiltration présentant en partie supérieure plusieurs étages d'épuration (14 à 17) se poursuivant par un conduit de retour vers la cheminée d'où les gaz épurés sont extraits par une tourelle d'extraction (19). 2. Unité d'épuration selon la revendication 1 caractérisée en ce que les buses de pulvérisation (7) sont à jets carrés et à contre-courant alimentés en eau par un réseau (23) pour le nettoyage des préf i Itres (6). 3. Unité d'épuration selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que le module central de filtration et d'épuration se poursuit vers le bas par un bac (8) central disposé de part et d'autre et en position haute, des compartiments symétriques droit et gauche communiquant avec la partie haute de ces derniers par l'intermédiaire de volets d'étanchéité (13). 4. Unité d'épuration selon la revendication 3 caractérisée en-ce que le bac (8) contient une solution sodée (9) dont l'alimentation et le niveau sont contrôlés par un double flotteur (12) en relation avec une commande d'admission automatique la mettant en liaison as ec une réserve de solution de soude et le réseau d'eau sous pression. 5. Unité d'épuration selon la revendication l caractérisée en ce que les étages d'épuration se composent d'un filtre électrostatique complémentaire (14), d'un séparateur de gouttelettes (15), d'un filtre à charbon actif (16) et, le cas échéant, d'un étage final constitué par un ozoneur (17). 6. Unité d'épuration selon les revendications 1 et 5 caractérisée en ce que le filtre (14) est soumis à la protection d'un micro-brouillard d'eau sodée formée par la rampe de gicleurs (11) alimentés par la pompe de relevage (10) à partir de la réserve d'eau sodée (9) .- 7. Unité d'épuration selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle possède un compartiment unique de préfiltration comprenant un seul préfiltre (6) et une seule buse de pulvérisation (7). 8. Unité d'épuration selon la revendication 5 caractérisée en ce que le séparateur de gouttelettes (15) est placé directement au-dessus du filtre (14) pour retenir les particules pouvant traverser ledit filtré (14).