Brevet FR2558019A1 — publié le 19850712

GENERATEUR DE HAUTE TENSION POUR DEPOUSSIEREUR ELECTROSTATI- QUE, OU ANALOGUE, ET DEPOUSSIEREUR ELECTROSTATIQUE EQUIPE D'UN TEL GENERATEUR. L'invention est relative à un générateur de haute tension pour dépoussiéreur électrostatique, ou analogue, de fluides notamment gazeux, lequel dépoussiéreur comporte des surfaces métalliques disposées en vis-à-vis, de manière à dé- terminer des passages pour le fluide à dépoussiérer, une dif- férence de potentiel électrique élevée étant créée entre ces surfaces métalliques. De tels dépoussiéreurs sont bien connus et sont utilisés dans de nombreux domaines pour le dépoussiérage de gaz ou de fumées, ou de gaz de combustion, notamment lors de la production d'énergie d'origine thermique, ou dans la si- dérurgie, ou dans les industries chimiques, etc... Toutefois, la production de la haute tension pour de tels dépoussiéreurs a nécessité, jusqu'à ce jour, des circuits et installations relativement compliqués et coûteux. L'invention a pour but, surtout, de fournir un gé- nérateur de haute tension pour dépoussiéreur électrostatique, qui soit d'une construction simples économique et robuste, d'un encombrement réduit, notamment pour l'application aux vé- hicules automobiles, en vue du dépoussiérage de l'air entrant dans le moteur, ou de l'air de climatisation entrant dans la cabine, ou en vue du filtrage des gaz d'échappement, ce géné- rateur devant permettre d'obtenir des performances au moins équivalentes à celles obtenues jusqu'à ce jour. Selon l'invention, un générateur de haute tension pour dépoussiéreur électrostatique est caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison, un oscillateur basse tension, un hacheur de courant dont l'entrée est reliée à la sortie de l'oscillateur et une bobine d'induction, ou équivalent, compor- tant un enroulement primaire branché sur la sortie du hacheur et un enroulement secondaire branché sur les surfaces métalli- ques du dépoussiéreur, de telle sorte que la différence de po- tentiel élevée qui apparatt aux bornes de l'enroulement secon- daire soit appliquée auxdites surfaces métalliques. Un tel générateur de haute tension permet de pro- duire facilement une haute tension négative avec laquelle on obtient un meilleur rendement grace, notamment, à une meil- leure ionisation des particules, et moins de claquages. L'oscillateur est avantageusement d'un type simple, à oscillations de relaxation, la fréquence des oscillations étant notamment comprise entre 150 Hz et 200 Hz. Le temps de montée des oscillations peut Ctre de l'ordre de 5 ms, tandis que le temps de descente peut être de l'ordre de 0,8 ms. Le générateur de haute tension comprend, de pré- férence, des moyens pour écrêter la haute tension et pour la maintenir inférieure ou égale à une limite prédéterminée per- mettant d'éviter à coup sûr tout claquage entre les surfaces métalliques du dépoussiéreur. Avantageusement, la liaison entre une borne de l'enroulement secondaire de la bobine d'induction et les sur- faces métalliques du dépoussiéreur est assurée par une diode H.T. Le générateur de haute tension peut être agencé sous la forme d'un ensemble démontable comportant la bobine d'induction à laquele est aoxché un bottier inférieur contenant les circuits électroniques. Une fiche de connexion haute tension peut ttre prévue du c6té opposé au bottier électronique, à l'extrémité d'une extension sensiblement cy- lindrique, dans laquelle est avantageusement disposé un bou- chon creux, démontable, portant intérieurement la diode H.T. et extérieurement la fiche de connexion haute tension raccor- dée à ladite diode. L'invention est également relative à un dépoussié- reur électrostatique, ou analogue, pour fluides notamment ga- zeux, ce dépoussiéreur comportant des surfaces métalliques disposées en vis-à-vis, de manière à déterminer des passages pour le fluide à dépoussiérer, une différence de potentiel électrique élevéeétant créée entre ces surfaces métalliques, ce dépoussiéreur étant caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur de haute tension, branché sur les surfaces mé- talliques, tel que défini précédemment. Le dépoussiéreur peut avoir une capacité, entre ces surfaces métalliques, d'environ 2 à 10 nF, la résistance de fuite de ce dépoussiéreur étant avantageusement supérieure à 5 Mn, et notamment de l'ordre de 10 Ma. 4 2558019 L'invention consiste, mises à part les disposi- tions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après, à propos d'un mode de réalisation particulier décrit en détail, avec référence au dessin ci-annexé, mais qui n'est nullement li- mitatif. La figure 1, de ce dessin, est un schéma bloc d'un générateur de haute tension négative pour dépoussiéreur électrostatique, conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en élévation d'une réali- sation d'un tel générateur. La figure 3, enfin, est un schéma bloc semblable à celui de la figure 1 avec production de haute tension positive. En se reportant à la figure 1, on peut voir un générateur de haute tension 1 pour un dépoussiéreur élec- trostatique 2 de fluides, trèsschématiquement représenté. Ce dépoussiéreur comporte des surfaces métalliques 3, 4, dis- posées en vis-à-vis, de manière à déterminer des passages 5 pour le fluide à dépoussiérer. Les surfaces 3, 4, sont por- tées à des tensions différentes, de telle sorte qu'une diffé- rence de potentiel électrique élevée soit créée entre ces surfaces. On sait que lors de la traversée, par le fluide, des passages 5, les particules solides ou liquides transpor- tées par le fluide sont électrisées du fait de l'existence de cette différence de potentiel et sont attirées par celle des surfaces qui se trouve au potentiel approprié pour at- tirer les particules en fonction de leur charge électrique. Le générateur de haute tension 1 comprend un os- cillateur basse tension 6 fonctionnant à partir d'une source continue de basse tension, par exemple sous 12 ou 24 volts. Cet oscillateur est branché entre la borne + de la source de tension continue (non représentée) et la masse reliée à la borne - de cette source de tension continue. L'oscillateur 6 peut être d'une réalisation simple et fournir des oscilla- tions de relaxation produites par la charge et la décharge d'un condensateur. La fréquence des oscillations fournies par l'oscillateur 6 est de préférence comprise entre 150 Hz et 200 Hz. Le temps de montée des oscillations, correspon- dant à la charge du condensateur, peut ttre de l'ordre de millisecondes (5ms), tandis que le temps de descente des oscillations peut 8tre de l'ordre de 0,8 milliseconde (O,8ms), ce qui correspond A la décharge du condensateur. La sortie de l'oscillateur 6, fournissant les os- cillations, est reliée à l'entrée d'un circuit hacheur de cou- rant 7. Ce hacheur 7 est également alimenté en basse tension entre la borne + de la source de tension continue et la masse. La liaison du hacheur à la borne + est assurée par un câble 19 branché sur une borne 16. La sortie 8 du hacheur de courant est reliée par un cible 18 à une borne 15 d'un enroulement primairm 9 d'une bobine din- ductionlOou équivalent. L'autre borne 16decetenroulement pri- maire 9 est reliée à la borne + de la source de tension con- tinue. Du fait du hacheur 7, l'intensité du courant circulant dans l'enroulement primaire 9 aura des variations, en fonc- tion du temps, représentées par des créneaux rectangulaires. La bobine 10 comporte un enroulement secondaire 11 dont le nombre de spires, bien supérieur à celui de l'en- roulement primaire 9, est déterminé de manière à permettre d'obtenir, par le phénomène d'induction, la haute tension souhaitée, entre les bornes de la bobine 11, lors de la va- riation d'intensité dans l'enroulement primaire 9. Une borne d'extrémité de l'enroulement secondaire 11 est reliée à la borne 16, tandis que l'autre borne d'extrémité de cet enroule- ment secondaire 11 est reliée, par l'intermédiaire d'une dio- de H.T. 12, aux surfaces métalliques 3. Lacathode deladiodel2 est reliée à l'enroulement 11, tandis que l'anode est reliée aux surfaces métalliques 3 qui sontainsi portées à une haute tension négative par rapport à la masse, reliée aux surfaces 4. Les surfaces métalliques 3 et 4 peuvent Ctre for- mées par des plaques planes parallèles, par des surfaces cy- lindriques de révolution d'axes communs, ou autres. La tension declaquage entre les surfaces 3 et 4 dépend essentiellement de la distance e entre ces surfaces, et de la constante diélectrique du fluide passant entre ces surfaces. Compte tenu de ces paramètres, on agence le géné- rateur 1 de telle sorte que la haute tension produite reste légèrement inférieure à la tension de claquage. Avantageuse- ment, on prévoit des moyens pour écrtter la haute tension et la maintenir inférieure ou égale à une limite prédéterminée, cette limite étant ellememe légèrement inférieure à la ten- sion de claquage. Ces moyens pour écrêter la haute tension peuvent comprendre des diodes du type Zener introduisant des tensionsde référence, à partir desquelles est établie la li- mite prédéterminée. Dans une application particulièrement intéressante d'un tel générateur de haute tension pour un dépoussiéreur de gaz produitspar un gazogène, le dépoussiéreur 2 a une capaci- té de l'ordre de 2 à 10 nanofarads (2 à 10 nF) qui caracté- rise, en quelque sorte, l'effet condensateur des surfaces métalliques et donc, la combinaison de la distance e et de la surface totale des surfaces 3, 4. La résistance de fuite du dépoussiéreur est supérieure à 5 MSS (mégohms) et avanta- geusement de l'ordre de 10 Mr. La haute tension fournie par le générateur est limitée à une valeur de 10kilovolts environ. Le fonctionnement du dépoussiéreur équipé du géné- rateur de haute tension représenté sur la figure 1 est le suivant. Lorsque le générateur 1 est mis en marche, les plaques 3 du dépoussiéreur 2 reçoivent des impulsions de hau- te tension, à une fréquence généralement supérieure à 150 Hz, par rapport aux surfaces 4 qui sont reliées à la masse. Il en résulte la création d'une différence de potentiel élevée dans les passages 5 qui provoque le dépoussiérage des gaz traver- sant ces passages. On a pu constater, expérimentalement, que les résultats obtenus avec un tel dépoussiéreur, notamment dans l'application au dépoussiérage des gaz produits par un gazogène, sont particulièrement satisfaisants. négative On a constaté expérimentalement que la haute tensionuper- met demeilleurs rndements grâce à une meilleure ionisation des particules, et produit moins de claquages. En se reportant à la figure 2, on peut voir un exemple de réalisation pratique d'un générateur conforme à l'invention pour un dépoussiéreur ouflâtre électrostatique. Le générateur l est réalisé sous la forme d'un ensemble dd ntable comportant un bottier inférieur 13 contenant les circuits électroniques, ce bottier 13 étant ac- croché sous une bobine d'induction surmoulée 14. I s extrémités de l'enroulement primaire de la bobine d'induction sont reliées aux bornes extérieures 15, 16 situées sur une platine 17 du c8tédela bobine 14 opposé au bottier 13. La borne 16 est des- tinée à être reliée à la borne + de la source de tension con- tinue formée par une batterie (non représentée). Cette borne 16 est relie par un cble 19 au hacheur 7 (voir figure) situé dais le boftier 13. L'autre borne 15 est reliée par un câble 18 à la sortie 8 (voir figure 1) non visible sur la figure 2 du ha- cheur de courant. Un bâti métallique comportant une exten- sion 20 entre le bottier 13 et le carter 14 peut ttre prévu pour la fixation de ces éléments. Une borne 21 de raccorde- ment à la borne - de la batterie est prévue sur cette exten- sion 20. Cette borne 21 peut etre formée par une vis de fixa- tion du bottier 13 sur l'extension 20. Un câble 22 assure la liaison de la borne 21 avec les circuits situés à l'intérieur du bottier 13. Le bâti de l'appareil est muni avantageusement de deux pattes defixation!4 munies respectivement d'échancrures , 26 orientées à angle droit. Le générateur comporte une fiche de connexion haute tension 27 (destinée à ttre raccordée aux surfaces 3 représentées sur la figure 1), prévue du c8té opposé au bot- tier électronique 13, à l'extrémité d'une extension 28 sensi- blement cylindrique prévue à l'extrémité supérieure d'une partie 29 sensiblement en forme dedisque plat. L'extension 28 est réalisée en matériau isolant électriquement et comporte un évidement intérieur propre à recevoir un bouchon creux 30, également en matière isolante, démontable. Dansune cavité in- térieure 31 de ce bouchon est disposée la diode H.T. 12 dont la cathode vient en liaison électrique avec un contact souple 32 logé dans la cavité de l'extension 28, lorsque le bouchon 30 est engagé dans cette cavité. L' anode de la diode 12 est électriquement reliée à la fiche de connexion 27, métallique, montée sur le bouchon 30. Le générateur pour dépoussiéreur, représenté sur la figure 2, est particulièrement compact, puisque sa dimen- sion maximale H peut être inférieure à 200 millimètres. Son épaisseur, c'est-à-dire sa dimension suivant une direction perpendiculaire au plan de la figure 2, est inférieure à 100 millimètres, tandis que sa largeur L est de l'ordre de millimètres. La haute tension produite peut atteindre kilovolts. La figure 3 est un schéma bloc du générateur haute tension branché de manière à produire une haute tension posi- tive sur les surfaces 3 par rapport à la masse. Le branchement de ladiode 12 est inversé, la cathode de cette diode étant reliée aux surfaces 3, tandis que l'anode est reliée à une ex- trémité de l'enroulement 11. La sortie 8 du hacheur 7 est re- liée, par le cible 18, à la borne 16 de l'enroulement 9. Le câble 19 assure le branchement sur l'autre borne 15 reliée à la borne + de la batterie. Pour passer d'une haute tension négative à une haute tension positive, il suffit, au niveau de l'appareil représenté sur la figure 2, d'inverser le montage de la diode 12 et de croiser les branchements des cibles 18, 19 sur les bornes 15, 16. Le générateur de haute tension, pour dépoussiéreur électrostatique conforme à l'invention, est d'une construction simple, robuste et économique, d'un encombrement réduit et permet d'obtenir de bonnes performances de dépoussiérage. Le passage d'une haute tension négative à une haute tension po- sitive's'effectue simplement et rapidement. Un tel générateur est particulièrement approprié pour les dépoussiéreurs prévus sur des engins mobiles, notam- ment sur des véhicules, pour le dépoussiérage des gaz de com- bustion, notamment des gaz de gazogène. REVENDICATIONS 1. Générateur de haute tension pour dépoussiéreur électrostatique, ou analogue, de fluides notamment gazeux, lequel dépoussiéreur comporte des surfaces métalliques dis- posées en vis-à-vis, de manière à déterminer des passages pour le fluide à dépoussiérer, une différence de potentiel électrique élevée étant créée entre ces surfaces métalliques, caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison, un oscillateur basse tension (6), un hacheur de courant (7) dont l'entrée est reliée à la sortie de l'oscillateur et une bobine d'induction (10), ou équivalent, comportant un enrou- lement primaire (9) branché sur la sortie (8) du hacheur et un enroulement secondaire (11) branché sur les surfaces mé- talliques (3, 4) du dépoussiéreur, de telle sorte que la différence de potentiel élevée qui apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire soit appliquée auxdites surfaces métalliques. 2. Générateur selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que l'oscillateur (6) est du type à oscil- lations de relaxation, la fréquence des oscillations étant notamment comprise entre 150 Hz et 200 Hz. 3. Générateur selon la revendication 2, caracté- risé par le fait que le temps de montée des oscillations est de l'ordre de 5 ms, tandis que le temps de descente est de l'ordre de 0,8 ms. 4. Générateur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait qu'il com- prend des moyens pour écrtter la haute tension et pour la maintenir inférieure ou égale à une limite prédéterminée permettant d'éviter à coup sLr tout claquage entre les sur- faces métalliques du dépoussiéreur. 5. Générateur selon la revendication 4, caracté- risé par le fait que la haute tension fournie est de 10 ki- lovolts environ. 6. Générateur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que la liai- son entre une borne de l'enroulement secondaire de la bobine d'induction et les surfaces métalliques du dépoussiéreur est assurée par une diode H.T. (12). 7. Générateur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait qu'il est agen- cé sous la forme d'un ensemble démontable comportant un bot- tier inférieur (13) contenant les circuits électroniques et accroché sous la bobine d'induction (14). 8. Générateur selon l'ensemble des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait qu'une fiche de connexion (27) haute tension est prévue du câté opposé au bottier élec- tronique (13), & l'extrémité d'une extension (28) sensible- ment cylindrique, dans laquelle est avantageusement disposé un bouchon creux (30), démontable, portant intérieurement la diode H.T. (12) et extérieurement la fiche de connexion haute tension (27) raccordée a ladite diode (12). 9. Dépoussiéreur électrostatique, ou analogue, pour fluides notamment gazeux, ce dépoussiéreur comportant des surfaces métalliques disposées en vis-à-vis, de manière à déterminer des passages pour le fluide à dépoussiérer, une différence de potentiel électrique élevée étant créée entre ces surfaces métalliques, caractérisé par le fait qu'il com- prend un générateur de haute tension, conforme à l'une quel- conque des revendications précédentes, branché sur les surfa- ces métalliques (3, 4). 10. Dépoussiéreur selon la revendication 9, carac- térisé par le fait que la capacité entre les surfaces métalli- ques est d'environ 2 à 10 nF.