Brevet FR2583657A1 — publié le 19861226

La présente invention concerne un dispositif de nettoyage de l'air. L'air ambiant n'est pas pur et plus particulièrement dans les locaux industriels des ateliers, il est chargé de différentes impuretés solides et microscopiques qu' il est souhaitable sinon nécessaire d'éliminer. Les polluants sont par exemple, la fumée de tabac, les virus, les brouillards, les bactéries, le fumeron, le pollen, les poussières sous toutes leurs formes. Pour éliminer ces polluants que par souci de simplicite on appellera des poussières, terme à prendre dans son sens le plus général, on va utiliser le fait que les poussières sont généralement porteuses de charges électriques, acquises soit sous l'action des frottements ou de l'ionisation du gaz porteur, soit par effet chimique, soit sous l'effet des rayonnements naturels que ce soient les rayons cosmiques ou la radioactivité terrestre. Chargées électriquement les poussières peuvent donc être attirées par une surface conductrice chargée mais du signe contraire à celui des poussières. Cependant les charges que les poussières acquièrent de façon naturelle sont généralement trop faibles pour qu'un champ électrique puisse exercer sur elles une force suffisante qui soit utilisable pour que l'attraction des poussières chargées par la surface réceptrice prévue a cet effet soit efficace. Dans ces conditions si l'on veut rendre efficace un dispositif de nettoyage de l'air basé sur le principe de l'attraction des poussières chargées par des charges de signe opposé qui les éliminent de ce fait, il est nécessaire que les poussières reçoivent une charge de signe déterminé positif ou négatif, aussi élevé que possible et cette charge ne peut lui être communiquée que par une ionisation intense du gaz porteur. Des dispositifs de nettoyage de l'air basés sur l'ionisation de l'air, sont connus. L'un d'eux en parti culier est constitué par une pluralité de fils d'ionisation disposés en regard d'une pluralité de plaques conductrices constituant des récepteurs avec l'air pollué dirigé à grande vitesse sur les fils d'ionisation. Cette disposition présente l'inconvénient majeur que les poussières dirigées à grande vitesse sur les fils d'ionisation ne sont pas à même d'acquérir une charge optimale qui soit en même temps maximale, de sorte que le dépoussiérage de l'air traité n1 est pas aussi complet qu'il serait souhaitable. L'invention a pour but de définir un dispositif de nettoyage de l'air qui ne présente pas l'inconvénient signalé ci-dessus, et qui par la combinaison de sa forme particulière et de ses composants assure une charge plus importante des poussières, par leur maintien un temps plus long dans la zone d'ionisation de l'air entourant le fil d'ionisation et partant un dépoussiérage plus efficace. Suivant l'invention, un dispositif de nettoyage de l'air dans lequel les poussières sont chargées par l'utilisation de l'effet couronne par lequel l'air situé au voisinage d'un fil métallique porté à une tension élevée est fortement ionisé et les ions qui s'y forment sont fixés sur lesdites poussières qui sont recueillies par une paroi métallique entourant le fil où elles sont neu tralisées, est caractérisé en ce qu'il comprend un caisson ayant sensiblement la forme d'un dièdre droit dont les plans constituent les parois planes dudit caisson sont raccordées par une surface courbe ayant sensiblement une forme cylindrique ou parabolique, ménageant à l'opposé de cette surface courbe une ouverture dans laquelle se trouvent disposées respectivement une ouverture d'entrée et une de sortie d'air, un fil métallique constituant le fil d'ionisation placé sensiblement le long de la ligne focale de ladite surface courbe réunissant les deux parois du caisson, une canalisation fendue s 'étendant longitudinalement dans le caisson dont la fente, sensiblement parallèle audit fil d'ionisation, dirige sur celui-ci un flux d'air pulsé, l'entrée d'air dite entrée secondaire étant telle qu'elle dirige l'air qui y pénètre sur le fil d'ionisation sensiblement au débouché de la fente constituée par une des parois du caisson disposée en face de la sortie d'air du dispositif. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaItront dans la description d'un exemple de réalisation préférentiel du dispositif donné à l'aide des Figures dans lesquelles La Figure 1 représente le dispositif suivant l'in vention en coupe longitudinale; La Figure 2 représente le dispositif de la Figure 1 en coupe transversale; La Figure 3 représente le dispositif vu par l'avant; La Figure 4 représente le dispositif implanté dans un local et, La Figure 5 représente l'implantation dans un local d'un double dispositif suivant l'invention. Le dispositif de nettoyage de l'air suivant l'invention est basé sur l'effet couronne dont est le siège un fil métallique porté à une tension U positive disposé le long de l'axe d'un cylindre métallique mis à la terre. On va expliquer dans ce qui suit, succintement, comment s'établit cet effet couronne, phénomène formé d'une succession de multiples décharges irradiant autour du fil. Chacune de ces décharges est formée d'un très court double courant d'ions positifs et d'électrons se dirigeant en sens inverse, ou "streamer" dont l'extrémité libère des ions positifs qui suivent les lignes de force du champ électrique qui est établi entre le fil et le cylindre, ces lignes de force dirigeant ces ions perpendiculairement au fil avec une vitesse décroissant rapidement jusqu'au cylindre où ils disparaissent par neutralisation avec des électrons venus de la terre. Cet effet couronne s'amorce sous une tension critique Ue, correspondant à un certain champ critique Ee régnant au voisinage immédiat du fil. La tension U croissant au-dessus de la tension Ue, le champ E étant supérieur au champ Ee, le courant ionique s'intensifie jusqu'à ce que la tension U atteigne une seconde valeur critique Us, ou tension d'étincelle. Un des streamers s 1am- plifie très brusquement pour former une étincelle qui traverse entièrement l'air et court-circuite le système. On notera que lorsque l'effet couronne se produit, le fil recueille les électrons créés sur le trajet des streamers; ces électrons proviennent donc de l'air intérieur à une gaine très étroite centrée sur le fil; pendant l'étincelle qui dure moins d'une micro-seconde, le fil recueille les électrons formant un courant extreme- ment intense, électrons créés sur toute la longueur de l'étincelle traversant tout l'intervalle d'air; ces électrons proviennent de la terre via le cylindre métal ligue. Ors peut montrer que pour une géométrie donnée du système, la tension critique Ue est plus faible si la tension U est négative; autrement dit, pour une tension U donnée, le courant d'ions est plus intense si U est né gratis que s'il est positif. Par ailleurs, si U est négatif et pour une même valeur de Ue, les streamers sont plus courts et plus nombreux. Chacun des innombrables streamers constituant l'ef- 7 fet couronne dure 10-7/s environ. Ils se scindent à une fréquence d'autant plus grande que U-Ue est plus élevée; il faut noter qu'il ne s'en produit jamais qu'un seul à la fois, chacun d'eux ne pouvant s'allumer qu'après que le précédent se soit éteint. - On peut noter également que l'on peut utiliser, au lieu d'un fil métallique, 'un fil en fibres de carbone ou même un fil constitué par une seule fibre. La résistivité de ce fil étant supérieure à celle du fil métallique, il se produit un phénomène de décorrélation permettant à plusieurs streamers de se produire en même temps. On peut observer également que l'effet couronne est d'autant plus intense que la différence de tension U-Ue est plus grande. I1 y a donc intérêt à ce que la tension soit la plus forte possible. Lorsqu'il y a des poussières, les ions positifs émis par le fil, les frappent et s'y fixent en nombre croissant, élevant d'autant la valeur de leur charge. Ces poussières se comportent alors comme des ions très lourds et tendent à suivre les lignes de force qui les amènent au cylindre où elles se fixent sous l'effet de l'attraction à laquelle les soumettent les électrons venus de la terre pour neutraliser leur charge. Le dispositif selon l'invention se présente sous la forme d'une combinaison de moyens assurant dans des conditions optimales la charge à un niveau tres élevé des poussières contenues dans l'air à nettoyer, que ces poussières soient ou non préalablement chargées, et leur élimination par fixation sur le capteur prévu à cet effet. La Figure 1 présente le dispositif suivant l'invention en coupe longitudinale tandis que la Figure 2 le présente en coupe transversale. Le dispositif comprend un caisson 1 de forme particulière visible de façon nette sur la Figure 2, une canalisation ou conduit 2 également de forme particulière, présentant une fente 3 s'étendant tout le long du caisson, un ventilateur 4 générant un flux d'air primaire alimentant la canalisation 2, un fil métallique 5 dit fil d'ionisation tendu entre deux supports isolants 6-6a et une source d'alimentation haute tension 7 portant le fil d'ionisation 5 à un potentiel tres élevé. On voit également sur la Figure 2 une grille d'entrée d'air 80 et une grille de sortie 90 de l'air nettoyé dans le dispositif ainsi qu'une paroi pleine 10 disposée entre les grilles 80 et 90. Le caisson 1 a une forme particulière très visible (Figure 2). I1 affecte la forme générale d'un dièdre droit dont l'arête est constituée d'un arc de courbe. De façon plus précise, il comporte deux parois planes 11 et 12 sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre raccordées par une portion de surface courbe 13 cylindrique ou parabolique de sorte que ce caisson est sensiblement symétrique par rapport à l'axe A-X de cette surface courbe. Les deux parois 11 et 12 se prolongent par des parois horizontales repliées 14 et 15 respectivement, ménageant une ouverture 16 dans laquelle sont disposées deux ouvertures 8 et 9 d'entrée et de sortie protégées par les grilles d'entrée 80 et de sortie 90.Le fil d'ionisation 5 est disposé sensiblement sur l'axe longitudinal ou ligne focale F de la surface courbe 13 reliant les parois 11 et 12. La canalisation fendue 2 est disposée dans la partie supérieure du caisson dont elle épouse sensiblement la forme, une de ses parois 17 étant parallèle à la paroi 11 du caisson, et se prolongeant par une surface cylindrique 19 logée dans la paroi repliée 14 du caisson. Cette surface cylindrique 19 se prolonge par la deuxième paroi 18 de la canalisation 2, dans une direction telle qu'elle ménage une fente 3 dirigeant sur le fil d'ionisation 5 un flux d'air pulsé, délivré par le ventilateur 4.La forme du conduit 2 est telle qu'elle permet un écoulementde l'air aspiré avec un minimum de perte de charge, avec une vitesse d'écoulement uniforme au sortir de la fente, la surface cylindrique 13 étant telle qu'elle prévient la formation de tourbillons qui pourraient nuire à la formation du filtre d'air autour du filtre d'ionisation dans la zone où l'ionisation est la plus forte. L'air pollué qui doit être traité dans le dispositif n'est pas uniquement celui aspiré par le ventilateur et délivré par la fente 3.L'entrée 8 dite entrée secondaire, protégée par la grille 80 qui prend appui sur la partie repliée 102 de la paroi 10 permet à l'air pollué de déboucher par une ouverture 20 en forme de buse dans la zone d'ionisation créée autour du fil 5 où il se mélange a l'air délivré par la fente 3 mettant à profit la dépression créée au voisinage de la surface courbe 13. Dans cette disposition on évite l'utilisation d'un ventilateur de plus grande capacité pour amener dans le dispositif de nettoyage l'air pollué à traiter. On évite également la nuisance que donne un-tel ventilateur qui fait beaucoup de.bruit et qui délivre l'air pollué dans la zone d'ionisation à une grande vitesse, telle que le traitement de lair, c'est-a-dire la charge des poussiè- res qu'il contient se fait de façon trop rapide et imparfaite. Le rendement d'un dispositif ne presentant pas la combinaison des moyens décrits est peu satisfaisante. Dans le dispositif suivant l'invention la paroi inclinée 12, paroi inférieure du caisson, constitue la paroi collectrice des poussières ionisées, où celles-ci sont neutralisées. L'air débarassé de ses poussières ressort de l'ouverture de sortie 9 protégée par la grille 90. On a ainsi décrit dans ce qui précède un dispositif de nettoyage de l'air selon l'invention. On notera que les poussières se fixant sur la paroi collectrice risquent à la longue de les encrasser, nécessitant un nettoyage de la paroi. Pour éviter l'inconvénient d'un tel nettoyage de la paroi, on a pensé avantageux suivant l'invention, de recouvrir la paroi collectrice d'un tissu métallique amovible, lisse 12a qui peut être facilement remplacé lorsqu'il est encrassé. La Figure 3 présente le dispositif suivant l'invention, vu de l'avant, montrant comment sont disposées les entrées et sorties de l'air. En 8, on voit l'entrée d'air secondaire avec sa grille 80, en 9 la sortie de l'air dépoussiéré, avec sa grille 90. En 100 et 101 on voit l'entrée de l'air primaire aspiré par le ventilateur. La Figure 4 montre l'implantation d'un dispositif suivant l'invention repéré par son caisson 1, dans un angle supérieur d'un local entre le plafond 23 et un mur 24. L'air pollué entre dans le dispositif par l'ou verture 8 et en ressort par la sortie 9 après dépoussiérage. La Figure 5 montre l'implantation de deux dispositifs suivant l'invention dans un local, vu en coupe, avec un sol 22, un plafond 23 et deux murs 24 et 25. L'importance du local se justifiant, deux dispositifs 26-27 suivant l'invention sont montés dos à dos approximativement au centre du local. L'air pollué sous plafond est aspiré comme le montrent les,flèches 28-28a et rejeté après traitement vers le bas suivant les flèches 29-29a. On a ainsi décrit un dispositif de nettoyage de l'air. Revendications 1. Dispositif de nettoyage de l'air dans lequel les poussières sont chargées par utilisation de l'effet couronne par lequel l'air situé au voisinage d'un fil métallique porté à une tension élevée est fortement ionisé et les ions qui s'y forment sont fixés sur lesdites poussières qui sont recueillies par une paroi métallique entourant le fil où elles sont neutralisées, caractérisé en ce qu'il comprend un caisson (1) ayant sensiblement la forme d'un dièdre droit dont les plans constituant les parois planes (11-12) dudit caisson sont raccordés par une surface courbe (13) ayant sensiblement une forme cylindrique ou parabolique, ménageant à l'opposé de cette surface courbe, une ouverture (16) dans laquelle se trouvent disposées respectivement une ouverture d'entrée (8) et une ouverture de sortie (9) d'air, un fil métallique (5) constituant le fil d'ionisation placé sensiblement le long de la ligne focale F de ladite surface courbe (13) réunissant les deux parois (11-12) du caisson (1), une canalisation fendue (2) s'étendant longitudinalement dans le caisson dont la fente (3), sensiblement parallèle audit fil d'ionisation (5) dirige sur celui-ci un flux d'air pulsé, l'entrée d'air (8) dite entrée secondaire étant telle qu'elle dirige l'air qui y pénètre sur le fil d'ionisation sensiblement au débouché de la fente (3) de la canalisation (2), d'une paroi collectrice des poussières chargées dans le dispositif constituée par une des parois (12) du caisson (1) disposée en face de la sortie (9) d'air du dispositif. 2. Dispositif de nettoyage de l'air suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation fendue (2) a une paroi (17) parallèle à la paroi (11), du caisson (1) se prolongeant par une surface courbe (19) sensiblement cylindrique logée dans la paroi repliée supérieure (14) du caisson, ladite surface courbe (19) se prolongeant par une deuxième paroi (18), convergeant vers la première paroi (17) de façon à ménager entre leurs extrémités respectives une fente (3) ouvrant dans la zone centrale du caisson entre la surface courbe (13) de raccordement des parois (11-12) du caisson (1) et le fil d'ionisation (5). 3. Dispositif de nettoyage de l'air suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la canalisation (2) délivre de l'air aspiré de l'extérieur par un ventilateur (4). 4. Dispositif de nettoyage de l'air suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une entrée d'air secondaire (8) est disposée dans la paroi supérieure de l'ouverture (16) du caisson, avec une grille (80) prenant appui sur la partie repliée supérieure (102) de la paroi (10) séparant l'entrée secondaire (8) et la sortie d'air (9) et une paroi (103) sensiblement parallèle à la paroi (18) de la canalisation (2), les orientations de ces deux parois (102-103) étant telles qu'elles déterminent une ouverture en forme de buse (20) débouchant sensiblement dans la zone centrale du caisson. 5. Dispositif de nettoyage de l'air suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la sortie (9) du dispositif protégée par une grille (90) est disposée dans la partie inférieure du caisson. 6. Dispositif de nettoyage de l'air suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi collectrice (12) du dispositif est recouverte d'un tissu métallique, tissu amovible évitant l'encrassement de la paroi.