Brevet FR2564335A1 — publié le 19851122

La présente invention concerne une électrode pour des domaines d'utilisation en électrostatique, de manière prépondérante,comme par exemple des systèmes d'épuration de gaz, des filtres à air, en bioélectrique en climatisation électrique, dans les appareils pour décharger les matériaux électrostatiquement chargés et analogues avec une électrode plate, qui présente une grande quantité de dispositifs de décharge, qui sont reliés -par une résistance de haute valeur, à l'alimentation en courant. La présente invention se rapporte à la-fabrication et à l'utilisation d'électrodes pour llélimination ou bien l'absorption de charges électriques comme on en trouve l'utilisation, par exemple, dans des systèmes d'épuration de gaz et également dans le domaine de la bioélectrique et de la climatisation. L'électrode peut également être utilisée dans d'autres domaines d'alimentation ou charge , à orientation électrique de manière prépondérante, comme par exemple pour la dcomposition- de charges électrostatiques sur des surfaces de matériaux synthétiques ou bien dans divers buts d'épuration. On utilise de plus en plus, pour ltépuration du gaz ou de l'air, des filtres électrostatiques. Les électro- filtres offrent quelques avantages par rapport aux filtres mécaniques. Ainsi, le filtre ne devient plu-s inutilisable et donc l'échange qui en découle des éléments filtrants devient inutile. Mais avant tout, avec des filtres électrostatiques, même des particules ayant une grosseur du grain de moins d'un micron peuvent être séparées. De telles particules traverseraient, sans empêchement, les filtres mécaniques traditionnels. Cela concerne non seulement les plus fines particules de poussière , de vapeur et les particules odorantes, mais également les micro-organismes. Les appareils électriques d'épuration de gaz sont en général construits en deux étages. A la première étape, les impuretés à séparer (rouille, petltes -particules d-e poussière, gaz, vapeurs, etc) sont ionises, c'est-à-dire chargées électriquement. Les particules charges se déposent ensuite, par des forces électrostatiques-, sur des électrodes de séparation polarisées de manière cores- pondante et peuvent être retirées par divers procédés comme par secousses ou bien par lavage. L'ionisation se produit le plus souvent à l'aide d'électrodes d'émission qui sont connues sous diverses formes de réalisation. On utilise en outre l'action Blectrostatique des pointes ou respectivement la décharge corona où, l'on dépend uniquement, à part d'une haute tension suffisante, d'un rayon aussi petit que possible de courbure de l'électrode ou bien des pièces de construction de l'électrode. Par suite, les pointes, bords et coins métalliques ou bien les fils métalliques minces sont utilisés sous diverses dispositions. Les charges éliminées par les pointes et les ions formés par les processus de choc se fixent aux particules de pollution. Les particules charges se déposent alors sur la contre-électrode.Comme les champs produits par de telles électrodessont fortement inhomogènes, les particules électriquement neutres peuvent également être influencées par l'effet de polarisation (formation de dipôle ) et les=forces électrostatiques sur le dipôle. Par contact direct avec l'électrode, d'autres particules sont chargées. La vitesse rapide des électrodes et des ions dans l'environnement des pointes rend cependant inévitable la formation d'ozone par les processus de choc dans ce type d'ionisation. Du fait de la toxicité de l'ozone, cet effet secondaire n'est particulièrement pas souhaitable dans des pièces d'habitatíon et de -travail et est désavantageux. Comme par ailleurs la tension favorable de fonctionnement de tels appareils se trouve juste en dessous de la tension d'éclatement, pour une -utilisation optimale , des circuits compliqués de stabilisation de la tension des électrodes sont nécessaires.Les forces électrostatiques considérées entre chaque pièce de constructiôn des électrodes nécessitent en plus des systèmes relativement coûteux de fixation et d'accroch-age, car des changements des distances pourraient conduire à une augmentation des décharges. Naturellement, il faut également considérer, avec les hautes tensions utilisées, une protection suffisante de contact par des circuits limiteurs ou bien unencastrement protégé. Dans L'ensemble, les appareils se trouvent ainsi très compliqués par leur construction. Pour l'épuration de l'air de l'espace dans des zones d'habitation et de travail d'êtres humains, il y a actuellement un allègement par le fait que les aérosols sont pour la plus grande parEie déjà chargés. Les ions et électrons légers, qui résultent du processus d'ionisation du rayonnement terrestre radioactif, du rayonnement cosmique et autres, se déposent en effet très rapidement sur d'assez grosses particules de poussière et odorantes ou noyaux. Ces derniers temps, des électrodes du type des électrodes-.d'émission ou à pointes ci-dessus décrites ont également été utilisées pour la climatisation électrique. On a en effet pu montrer que l'électricité de l'air, c'est-à-dire le nombre des ions dans l'air et le champ qu'ils produisent et en particulier le rapport du nombre des ions positifs au nombre des ions négatifs avaient un effet sur le bien-etre et la santé. Dans l'atmosphère naturelle il règne, en conditions normales, un excès de poids d'ions négatifs et un champ électrique d'un pôle positif dans l'ionosphere, ayant une force du champ d'environ 130 V/m à proximité du sol. Des écarts de ce rapport ont été reconnus comme- -étant néfastes et ont pour effet des faiblesses de co-ncentration, une fatigue plus rapide, de plus grands da-ngers d'infection et ainsi de suite. Ainsi, les maux conn-us du vent peuvent être au moins partièllement ramenés aux influences électriques de l'air. Dans des pièces et véhicules fermés, les conditions électriques sont toujours plus ou moins perturbées. La plupart du temps, il règne un excès de poids d'ions positifs; le champ électrique est protégé par l'effet de cage de Faraday (par exemple des constructions en béton armé). Les appareils de bioclimatisation et ionisants-ont pour tâche dé r.établir-~les r-apports électriques naturels.Le plu-s grand inconvénient des appareils déJà connus réside de nouveau avant tout dansla formation dtozone , en particulier bien entendu pour les électrodes à pointes, mais également aux bords des électrodes plates. On connait déjà diverses électrodes pour des dispositifs électrostatiques, par exemple des appareils à ionisation ou bien des appareils d'épuration de l'air. Dans une telle électrode connue, selon le brevet allemand N" 31 43 978 du même :inventeur, un voile électriquement conducteur présentait une forte résistance électrique est disposé sur une plaque électriquement conductrice d'appui au moyen d'un adhésif s-ervant de résistance mixte en couche.Cette électrode s'est révélée très valable pour des systèmes d'ionisation ou respectivement des systèmes d'épuration de l'air par la formation d'un champ électrique homogène mais cependant n'était pas adaptée de manière optimale à de nombreux cas d'utilisation des électrodes pourvues de couche de fibres a présente- invention-a pour tâche de créer une électrode pour utilisation électrostatique, qui permette la formation d'un champ électrique homogène sans danger de décharge disruptive ou respectivEment~avec un-e énergie prédéterminée d'ionisation et permettant d'obtenir une ionisation intensive en partic-uliér des ions inoyens et grands. De plus, il doit être possible de fabriquer l'électrode à partir de feuilles flexibles sans fin. Cette tâche de -l'inventian a été résòlue par le fait que l'électrode est configurée en éIément en sandwich et une feuille électriquement.conductriee, formant une couche médiane est reliée, par l'une de ses deux surfaces opposés, à une feuille électriquement isolante, formant couche de recouvrement et l'élément en.sandwich présente des êvidements, les bords des évidements formant les dispositifs d'élimination de la charge et étant relié-s directement aux surfaces de l'évidement qu'ils entourent. L'avantage surprenant de cette splution simple selon l'invention réside dans le fait que par les évidements de l'élément en sandwich, un grand nombre de bords de la feuille électriquement conductrice sont créés-,- qui sont directement reliés à l'air de l'environnement, les bords de chaque évidement formant un dispositif d'élimination de la charge pour la production d'un champ électrostatique. Par le grand nombre d'évidements, on obtient un champ électrique homogène et stable. Ce champ électrique stable présente l'avantage que la force du champ et ainsi l'énergie d'ionisation peuvent être adaptées assez précisément à la valeur souhaitée et que la présence de décharge de pointes ou respectivement par effet corona peut être évitée. De plus, ce champ électrique stable permet que sa force puisse être maintenue en dessous de la limite nécessaire à la décomposition de l'air, en particulier en azote et oxygène, et ainsi avant tout les ions de dimension moyenne et grande sont influencés et l'ionisation de l'air ou respectivement du gaz porteur est supprimée.De ce fait, les électrodes selon l'invention peuvent avantageusement être utilisées dans des systèmes de climatisation des pièces et d'ionisation, car avec la force stable du champ électrique , l'énergie d'ionisation ne suffit pas à extraire un électron d'un atome neutre de formation de gaz, par exemple de l'oxygene et de 11 azote et ainsi la formation d'ozone, mais avant tout la formation dangereuse d'oxyde d'azote et de bioxyde d'azote ne peut se présenter.Cela est particulièrement important par le fait que dans l'air il y a presque quatre fois autant d'azote que d'oxygène et ainsi, lors dune ionisation de l'azote et de l'oxygène qui nécessitent presque la même énergie d'ionisation, il peut se produire quatre fois autant d'oxyde d'azote et de bioxyde d'azote que d'ozone. En outre, les limites légalement établies pour la concentration maximale en lieu de travail, la valeur appelée MAK-72 pour l'ozone (03) est de 0,1 ppm (=0,2 mg/m3) , pour les oxydes d'azote (NO) = 0,0 ppm et pour le bioxyde d'azote (NO2) = 5 ppm (9 mg/m3). ppm signifie parties par million et 1 ppm correspond à 1 cm3 d'un gaz souhaité ou de vapeurs dans 1 m3 d'air. En même temps, dans la zone de ces évidements, on obtient une bonne élimination de la charge. L'utilisation de l'élément en sandwich selon l'invention pour des systèmes d'épuration de l'air est particulièrement avantageuse car par"l'écoulement " des dispositifs d'élimination de la charge, les particules de poussière , c'est-à-dire les ions de dimension moyenne et grande, sont accélérés et intensivement chargés dans la zone des évidements et ensuite, une simple séparation dans un récipient récepteur est possible. I1 est de plus avantageux que l'électrode soit configurée en élément en sandwich et ainsi puisse être fabriquée de manière autonome à toute réalisation souhaitée. Avant tout, il est possible de produire l'électrode sous la forme d'une feuille flexible sans fin de surface lisse.Cela permet un nettoyage simple des systèmes d'épuration de l'air et dans le cas d'un encrassement, il n'y a pas de risque d'arriver à des décharges disruptives entre les évidements formant l'électrode et ainsi à des forces non contrôlées du champ. Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, on prévoit que l'élément en sandwich soit pourvu d'une sorte de perforation avec des interruptions, par exemple en découpant à la matrice, régulièrement en forme de quadrillage sur sa surface et que les bords formant les dispositifs d'élimination de la charge de ces interruptions soient reliés directement à l'air environnant. Par la disposition en quadrillage des interruptions à la façon d'une perforation, on obtient un 5'écoulement" intensif de l'électrode dans la zone des dispositifs d'é-limination de la charge, et en outre par la traversée, par exemple de l'air à épurer, les bords du dispositif d'élimination de la charge sont constamment maintenus propres. I1 est de plus avantageux que les évidements présentent une section circulaire, car par le champ stable régulier et la suppression des pointes dans le tracé des bords, il se produit une pré-ionisation de l'air et pour ces raisons, aucun effet corona n'est possible. Par le nombre des lieux d'élimination de la charge, on obtient un champ électrique fort et une force importante du champ. Selon une autre forme de réalisation, on prévoit également que l'élément en sandwich ait la forme d'une bande en feuille continue, et soit fixé avantageusement au moyen de supports électriquement isolants. Les avantages de cette solution résident dans le montage simple ainsi que la disposition favorable des électrodes selon l'invention. Enfin, dans le cadre de l'invention, il est également possible que l'électrode soit disposée parallèlement à une surface de contact de roulettes d'un boîtier et que la surface de contact et l'électrode présentent une distance minime entre elles, ainsi l'électrode peut d'une manière simple être utilisée pour l'ionisation d'ions moyens et grands, par exemple pour la réception de particules de poussière , en particulier dans des machines mobiles de nettoyage ou d'épuration, comme des aspirateurs ou analogues. Selon une autre variante avantageuse de réalisation de l'invention, on prévoit qu'à l'électrode soit affectée , sur son côté opposé à la surface de contact, au moins une autre électrode, et en outre ltélectrode colle, par- son pôle plus et l'autre électrode par son pôle moins à un système d'alimentation en tension, ce par quoi les ions moyens et grands ionisés par le champ électrique intensif se déposent ensuite directement et peuvent ainsi être éloignés de l'air, il est par conséquent possible de retirer les petites particules de poussière et autres impuretés, par l'électrode selon l'invention, en jonction avec une autre électrode et des espaces correspondants d'absorption. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages, de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 montre une électrode selon l'invention, en représentation schématique; - la figure 2 montre l'électrode selon l'invention représentée sur la figure 1, en tant que bande en feuille accrochée sous un plafond d'une serre dans des buts d'ionisation; et - la figure 3 montre des électrodes selon l'invention dans-un dispositif de réception de la poussière en représentation schématique. Sur la figure 1 est représentée une électrode telle qu'elle trouve son utilisation, de manière prédominante, pour des utilisations en électrostatique, par exemple dans des systèmes d'épuration de gaz, des filtres à air, des systèmes bioélectriques , une climatisation électrique ou respectivement pour des appareils pour décharger des matériaux électrostatiquement chargés ou analogues.Dans de tels appareils ou installations ou systèmes, les ions, c'est-à-dire les supports électriquement chargés où s' emmagasinent la fumée, les odeurs, la poussière ou analogues doivent être déplacés dans une direction prédéterminée à travers un champ électrique défini, pour par exemple, être attrapés dans un filtre ou respectivement un espace de séparation. Pour les utilisations prévues, comme par exemple l'épuration de- l'air, la climatisation et analogues, sont intéressants les ions de moyenne et grande dimensions. I1 faut par conséquent éviter qu'également les petits ions, en particulier les charges élémentaires de l'air, comme azote et l'oxygène, soient ionisés.L'énergie d'ionisation pour l'ionisation des ions de moyenne et grande dimensions se trouve en dessous de l'énergie d'ionisation des charges élémentaires et il était par conséquent nécessaire de configurer l'électrode 1 selon l'invention de façon à obtenir la production d'un champ électrique fort et l'élimination d'une énergie d'ionisation, pour l'ionisation des ions de dimensions moyenne et grande, provoquant un commencement de production d'énergie d'ionisation qui se rapproche de celle pour les charges élémentaires de l'air. L'électrode 1 selon l'invention présente par conséquent , répartis sur sa surface, une grande quantité de dispositifs 2 d'élimina tion de la charge.Ces dispositifs 2 diélimination de la charge sont formés par des évidements 3 qui sont répartis dans l'élément en sandwich 4 Cet élément en sandwich présente, en tant que couche médiane, une feuille électriquement conductrice 5 dont les surfaces opposées l'une à l'autre 6, 7 sont recouvertes d'une couche 8 électriquement isolante de recouvrement. Par cette configuration de l'électrode 1, un champ électrique intensif et puissant se forme, dans lequel les décharges de pointe sont retenues par la configuration des surfaces d'élimination de la charge. On obtient ainsi une énergie régulière d'ionisation sur toute la surface de l'électrode et pour l'ionisation des charges élémentaires, comme l'azote et l'oxygène, l'énergie nécessaire à l'ionisation n'est pas atteinte. On empêche ainsi avant tout la formation d' ozone et pardessus tout des oxydes d'azote extrêmement dangereux. Etant donné que la proportion d'azote dans l'air est à peu près quatre fois plus importante, l'empêchement de la production des oxydes d'azote représente un avantage particulièrement important de la présente InventIon. Par exemple, la concentration résultante des matières nuisibles comme par exemple l'ozone et l'oxyde d'azote doit être considérée , surtout lorsque l'ionisation est pensée comme "air de respiration" pour 1 'homme, et il faut la maintenir en dessous d'une valeur prescrite.Cette valeur prescrite, également appelée valeur MAK (concentration d'activité maximale à l'emplacement de travail) atteint, pour l'ozone (03) 0,1 ppm (=0,2 mg/m3), pour le bioxyde d'azote (N02) = 5 ppm (=9 mg/m3) et pour l'oxyde d'azote particulièrement dangereux (NO) 0,0 ppm. ppm signifie dans ce cas parties par million, c'est-à-dire que 1 ppm 3 3 signifie 1 cm d'un gaz (ou d'une vapeur) dans 1 m d'air. I1 en découle que l'on peut déjà voir que c'est moins la formation d'ozone (03) que la retenue du commencement de la formation des oxydes d'azote qui est la conséquence de l'avantage important de l'électrode 1 selon l'invention. Dans la zone des évidements 3, les bords frontaux 9 des feuilles électriquement conductrices 5 formant la couche médiane sont directement reliés aux surfaces qu'ils entourent, c'est-à-dire l'espace d'air. La configuration des évidements 3 est illimitée dans le cadre de l'invention. Par exemple, ces évidements 3 peuvent être formés par découpage à la matrice dans la bande d'électrode formant l'électrode 1, lesquels découpages présentent un pourtour circulaire. De même, il est également possible de prévoir des évidements 11 en tant que dispositifs 2 d'élimination de la charge qui présentent une forme périphérique polygonale. I1 est en outre simplement nécessaire d'éviter les bords en pointe en saillie de façon que l'ensemble du bord frontal de la feuille conductrice 5 puisse hêtre utilisé pour l'élimination de la charge. I1 est en outre utile que l'électrode 1 soit pourvue d'évidements 3 à 11 répartis à sa surface selon un quadrillage, les distances 12 et 13 entre chaque rangée se croisant des évidements 3 ou respectivement 11 étant de préférence de même valeur. On construit ainsi un champ aussi unitaire que possible et les effets perturbateurs de pointe et ainsi l'ionisation des particules élémentaires de l'air et la production qui en découle de matières nocives peuvent être évitées.Par l'électrode selon l'invention, les petites particules en suspension, qui s accrochent aux molécules de gaz,doivent être ionisées, mais la composition moléculaire d-u gaz en luimême ne doit cependant pas être modifiée. I1 faut donc également tenter de produire un champ électrique aussi stable et fort que possible, qui peut absorber et éliminer les charges électriques correspondantes et dont l'énergie d'ionisation est aussi constante que possible de façon à exclure les charges de pointe ou respectivement les décharges disruptives et ainsi au moins les énergies d'ionisation se présentant pendant un court temps, qui pourraient également modifier la composition moléculaire du gaz. Comme on peut également le voir sur la figure 1, la feuille conductrice 5 est reliée, par une résistance 14 de forte valeur, à une source de tension 15. On peut ainsi encore plus éliminer le commencement de la formation de décharges disruptives. Dans le présent exemple de réalisaton, le pôle opposé de la source de tension 15 est relié à la masse, donc entre l'électrode 1 et la masse qui l'entoure, il se forme un champ électrique intensif tel qu'il est par exemple nécessaire pour des systèmes d'ionisation. La figure 2 montre une utilisation des électrodes 1 selon l'invention dans une serre 16. L'électrode 1 est dans ce cas utilisée pour l'ionisation de l'air de l'espace, de façon qu'à I'in-térieur de la serre 16 , l'on puisse produire un rapport électrique tel qu'il existe sur les champs en plein air. La croissance en est améliorée et les risques de maladie des plantes sont diminués. L'électrode 1 est disposée, comme cela est schématiquement représenté, au-dessus des carrés de légumes 17 ou respectivement des carrés de fleurs 18. La bande en feuille est dans ce cas accrochée à des supports électriquement isolants 19 et est fixée à ces supports par des moyens électriquement isolants de fixation 20. Les supports 19 peuvent être suspendus, par des éléments 21, à des parties de construction de la serre 16, à la hauteur voulue. Bien entendu, il est également possible de disposer deux électrodes de pôles opposés dans des serres, qui seraient chacune configurée selon l'électrode représentée sur la figure 1. Sur la figure 3 est montrée une autre disposition des électrodes 22, 23 selon l'invention. Les électrodes 22 et 23 sont disposées dans un boîtier 24 pourvu de roulettes. Dans un plan du boîtier 24 parallèle à la surface de contact des roulettes 25, est disposée l'électrode 22 qui est formée d'un élément en sandwich. A l'avance du boîtier 24, elle se trouve à une distance minime au-dessus du sol 26. Sur le côté de l'électrode 22 qui est opposé au sol 26 est disposée une électrode 23 qui se trouve en principe perpendiculaire à l'électrode 22. Toutes les électrodes 22, 23 sont pourvues de dispositifs 2 d'élimination des charges qui sont répartis essentiellement à la façon d'un quadrillage sur la surface des électrodes. Tandis que l'électrode 22 est raccordée au pôle plus d'un système 27 d'alimentation en tension t les électrodes 23 et les récipients récepteurs 28 qui les suivent sont reliés au pôle négatif du dispositif d'alimentation en tension 27. Grâce à-l'électrode 22, les impuretés ou la pollution se trouvant dans la zoné du sol 26 sont attirées par la-polarisation diamétralement opposée et chargées électriquement à la suite de quoi elles sont attirées par l'électrode 23 de polarisation opposée. Elles traversent en outre les évidements des dispositifs 2 d'élimination de la charge et sont attrapées dans les récipients récepteurs 28 de polarisation identique qui suivent l'électrode 23. Si ces récipients récepteurs sont disposés de manière échangeable} un nettoyage rapide de l'électrode 23 et du récipient 28 des impuretés qui s'y sont rassemblées est possible. Par 1 t utilisation de plusieurs électrodes selon l'invention à la disposition précédemment décrite, il est possible, d'une manière simple,d'utiliser ce dispositif en tant qu'aspirateur. REVENDICATIONS 1.- Electrode pour utilisation électrostatique de manière prépondérante comme par exemple des systèmes d'épuration de gaz, des filtres à air, en bioélectrique en climatisation électrique, pour des appareils pour décharger des matériaux chargés électrostatiquement et analogues avec une électrode plate, qui présente un certain nombre de dispositifs d'élimination de la charge, qui sont reliés par une résistance de forte valeur à l'alimentation en courant, caractérisée en ce que l'électrode est configurée comme un élément en sandwich (4) et présente une couche électriquement conductrice (5) formant une couche médiane, qui est reliée sur ses deux surfaces opposées (6, 7) à une feuille formant une couche de recouvrement (8) électriquement isolante et en ce que l'élément en sandwich (4)présente des évidements (3, 11), les bords (9) des évidements(3, 11) formant les dispositifs d'élimination de la charge et les surfaces (10) qu'ils renferment étant directement reliées aux évidements (3, 11). 2.- Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément en sandwich (4) à la façon d'une perforation, est pourvu d'interruptions, par exemple découpages à la matrice réguliers, en particulier en quadrillage sur la surface supérieure (6, 7) et les bords (9) formant les dispositifs d'élimination de la charge relient directement ces interruptions à l'espace d'air environnant. 3.- Electrode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractJrisée en ce que les évidements (3) présentent une section ronde. 4.- Electrode selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractériséo en ce que l'élément en sandwich est configuré comme une bande en feuille sans fin et est fixé avantageusement par un support électriquement isolant (19). 5.- Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est disposée parallèlement à une surface de contact des roulettes (25) d'un boîtier (24) et en ce que la surface de contact et l'électrode (22) présentent une distance minime entre elles. 6.- Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'à l'électrode (22) est affectée, sur le côté opposé à la surface de contact, au moins une autre électrode (23), l'électrode (22) étant collée au pôle plus et l'autre électrode (23) au pôle moins d'un dispositif d'alimentation en tension (27).