Brevet FR2606666A1 — publié le 19880520

Capteur de poussières utilisant l'énergie éolienne. La présente invention a pour but de réaliser un capteur de poussiè- res susceptible de fonctionner au sol ou en altitude pour attirer, fixer et éventuellement neutraliser des poussières fines en suspen- sion dans l'atmosphère telles que les poussières radio-actives émi- ses lors d'un accident dans une centrale nucléaire ou les poussiè- res ou bactéries dispersées lors d'une agression nucléaire, chimi- que ou bactérienne en cas de conflit ainsi que toutes les poussiè- res et pollutions industrielles. Un tel capteur de poussières a pour but essentiel d'éviter que de telles poussières ne soient in- halées par l'homme ou l'animal ou ne polluent la végétation. La présente invention est essentiellement basée sur l'utilisation, pour assurer la circulation de l'air pollué dans le dispositif à filtres capteurs chargé de fixer les poussières ou corpuscules ana- logues, de l'énergie éolienne qui assure elle-même la dispersion et l'entraînement desdits poussières ou corpuscules depuis leur point de production ou d'émission. Quoique l'énergie éolienne soit une énergie connue utilisée de fa- çon classique pour l'entraînement de générateurs électriques ou de pompes à eau, sa mise en oeuvre dans le cadre de la présente inven- tion tire son originalité du fait que les émissions de poussières ou corpuscules à capter s'accompagneront le plus souvent dans le cas d'un accident dans une centrale nucléaire ou d'un conflit de coupures du courant électrique, énergie le plus fréquemment utili- sée pour le conditionnement d'air des abris anti-atomiques et du fait que l'énergie éolienne est elle-même l'agent de transport des poussières et particules à capter. L'énergie éolienne peut être utilisée indirectement pour assurer l'entraînement d'un générateur électrique qui assure lui-même l'a- limentation du moteur d'entraînement du ventilateur assurant la circulation de l'air contaminé dans le circuit du dispositif cap- teur. Elle peut également être utilisée directement pour assurer par effet aérodynamique, avec éventuellement accélération par Ven- turi, la circulation de l'air contaminé dans le dispositif cap- teur. Elle peut enfin faire l'objet d'une utilisation mixte l'élec- tricité produite par le générateur électrique pouvant alimenter un dispositif électrostatique de précipitation ou une pompe de pulvé- risation d'un ou plusieurs rideaux liquides ou d'aspersion d'une surface avec un liquide ayant des propriétés de fixation ou de neu- tralisation des poussières ou particules. Le dispositif capteur comporte essentiellement un circuit de circu- lation dans lequel le flux d'air à débarrasser des poussières et particules circule en étant soumis à au moins un et de préférence plusieurs changements de direction assurant des accélérations cen- trifuges de manière à précipiter les élément les plus denses du flux vers une paroi comportant des moyens pour leur fixation et- obligé de traverser un ou plusieurs rideaux liquides de lavage de l'air, et/ou une enceinte de four notamment de four à catalyse. Les changements de direction assurant des accélérations centrifu- ges tendant à précipiter les éléments les plus denses du flux vers la paroi comportant des moyens pour leur fixation peu- vent être assurés par des chicanes, un canal en spirale ou hélicoï- dal, par un cyclone et/ou par des bombements de la paroi venant en saillie dans la section du canal de circulation du flux. Les moyens pour la fixation des poussières prévus sur la paroi peu- vent être constitués par un film adhésif, un film de liquide addi- tionné éventuellement d'un agent mouillant et/ou d'un agent neutra- lisant, par un ensemble d'éléments en relief tels que notamment des poils ou tétons en quinconce accroissant la surface de con- tact ou des reliefs tels que des nervures, gorges et poches super- ficielles assurant un freinage de la couche laminaire au contact et des turbulences et zones de calme favorisant la venue des pous- sières et corpuscules au contact de la paroi et de sa couche d'en- duction éventuelle. Selon un mode de réalisation la fixation des poussières ou autres est assurée par une paroi fixe ou mobile im- prégnée par capillarité ou trempage avec un liquide mouillant et de préférence neutralisant ou bactéricide. Une paroi mobile peut être sous forme d'une bande sans fin verticale dont la boucle infé- rieure plonge dans la masse de liquide pour assurer le lavage de la bande et l'élimination des particules et substances déposées sur sa surface. Le dispositif capteur est constitué de préférence par un caisson en métal léger ou matière plastique comportant au moins un orifi- ce d'entrée d'air, un dispositif d'aspiration et de propulsion de l'air, un circuit de canalisation du flux d'air et des disposi- tifs de captage des poussières disposés le long de ce circuit de canalisation, ces dispositifs de captage étant de l'un des types décrits ci-dessus. Selon une autre caractéristique et notamment dans le cas de l'uti- lisation directe de l'énergie éolienne, le dispositif capteur de poussières ou au moins ses ouïes d'admission de l'air dans la gai- ne conduisant au circuit du capteur, sont auto-orientables dans le lit du vent soit par action du vent sur une dérive faisant tour- ner le dispositif autour d'un pivot ou de son moyen de suspension, soit par contrôle de l'alimentation d'un moteur d'orientation par un dispositif détecteur de la direction du vent ou analogue. Selon une autre caractéristique, le dispositif pour le captage des poussières en altitude est suspendu à un ballon du type libre, di- rigeable ou captif. Dans le cas d'un ballon captif celui-ci est re- lié de façon connue à un treuil qui peut être monté sur un véhicu- le à même de suivre le déplacement d'un nuage suspect. Le disposi- tif peut également être largué en altitude par un aéronef ou une fusée pour descendre à travers le nuage à explorer en étant frei- né par un parachute. Dans ce dernier cas, la vitesse de chute peut être utilisée comme source génératrice de l'énergie éolienne, le dispositif capteur aspirant l'air à analyser par apiration indirec- te à sa périphérie et/ou par refoulement direct à travers des en- trées d'air prévues sur sa surface inférieure. Dans le cas o le dispositif est propulsé à travers le nuage à analyser par ballon dirigeable, aéronef ou fusée, l'air peut être aspiré et l'énergie éolienne fournie par la vitesse relative du porteur-propulseur par rapport à l'atmosphère traversée. Selon une autre caractéristique, le mouillage des poussières, bac- téries ou molécules à capter est assuré avec un ou des aérosols chargés électriquement pulvérisés dans le flux gazeux admis, la charge des aérosols étant de signe opposé au signe supposé de la charge des poussières ou particules à capter et de signe opposé à la charge des surfaces de fixation électrostatique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description dé- taillée d'un mode de réalisation d'un capteur conforme à l'inven- tion faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans les- quels: Figure 1 est une vue en coupe schématique par I-I de figu- re 2 d'un capteur de poussières; Figure 2 est une vue en coupe schématique axiale de celui-ci et Figure 3 est une vue en perspective schématique d'un moulinet rentrant dans la constitution du capteur. Le capteur illustré à titre d'exemple est un capteur destiné à être largué en altitude en étant suspendu à un parachute de façon à traverser le nuage suspect. On utilise dans ce mode de réalisa- tion à la fois l'énergie éolienne de direction horizontale et l'é- nergie du vent relatif résultant de la vitesse de descente de l'en- gin. I1 est bien évident que ce capteur pourrait être modifié faci- lement pour utiliser seulement l'énergie éolienne horizontale natu- relle ou créée par le déplacement du vecteur, par exemple lors- qu'il est suspendu à un vecteur tel qu'un ballon captif, ballon li- bre ou ballon dirigeable ou autre ou l'énergie éolienne naturelle lorsqu'il est fixe, par exemple monté au sommet d'un édifice qu'il est destiné à alimenter en air épuré. De même le capteur représenté est de forme symétrique autour d'un axe vertical et en fait de révolution pour que son fonctionnement soit indépendant de la direction relative du vent mais il pour- rait aussi bien être de forme linéaire, par exemple en parallélipi- pède allongé lorsqu'il peut être orienté dans le lit du vent, soit automatiquement par exemple en étant suspendu sous le ballon cap- tif selon l'axe de celui-ci, soit parce qu'il est monté à rota- tion autour d'un axe vertical et orienté par une gouverne à ac- tion directe ou assistée par un moteur. Enfin le capteur décrit à titre d'exemple comporte de multiples ty- pes de surfaces captatrices de poussières mais ces différents ty- pes de surfaces peuvent être combinés sous de nombreuses formes différentes ou même être mis en oeuvre unitairement. La surface en elle-même n'est pas décrite limitativement et cela peut faire l'ob- jet de variantes. Le capteur représenté est formé par un caisson cylindrique compor- tant un plateau supérieur 1 et un plateau inférieur 2 réunis par des piliers 3 de section sensiblement triangulaire avec la face ex- térieure cylindrique et les faces radiales 4 concaves pour dévier les filets d'air s'écoulant à la périphérie du caisson vers l'inté- rieur de celui-ci. Entre les deux plateaux sont montés huit moulinets représentés plus en détail à la figure 3. Un moulinet comporte un axe verti- cal 5 monté à rotation entre deux paliers 6. Des parties supérieu- re et inférieure de l'axe 3 partent des axes radiaux 7 uniformé- ment répartis et espacés de 90 dans le mode de réalisation repré- senté et sur ces axes sont montés à rotation libre des cylindres 8. Le cylindre 8 inférieur est solidarisé avec un bout d'arbre coaxial 9 qui porte un pignon 10 engrenant avec une couronne den- tée périphérique 11 de façon que, lors de la rotation du moulinet autour de l'axe 5, une bande sans fin 12 tendue entre les deux cy- lindres 8 soit amenée à défiler. Cette bande 12 est une bande im- prégnable et elle peut être réalisée en feutre, en tissu à poils ou être garnie d'une multitude de petites poches formant des au- gets dirigés vers le haut sur le brin ascendant de la bande. La partie inférieure de chaque rouleau 8 et la partie de la bande 12 enroulée autour de celui-ci se trouvent dans un bac circulaire 13 qui est alimenté en liquide mouillant, neutralisant, antiseptique ou autre susceptible de capter et neutraliser les poussières. Ce liquide, remonté par la bande 12 au cours de l'entraînement de cet- te dernière, imbibe toute sa surface et la bande est lavée au cours de son passage dans le bain remplissant le bac 13. Il est bien certain que les bandes 12 pourraient également passer autour de cylindres 8 montés fixes parallèlement ou obliquement dans le circuit de circulation du flux gazeux, les cylindres 8 étant entraînés par une transmission commune quelconque connue. Les moulinets, respectivement leurs axes 5, sont interconnectés par une transmission mécanique non représentée de façon qu'ils tournent en synchronisme selon les flèches R. A l'extérieur des moulinets sont montées des aubes directrices fixes 14-15 qui orientent les filets d'air pour les dévier tangen- tiellement sur les ailes constituées par les surfaces des bandes 12 des moulinets. Comme on le voit d'après les flèches en tiretés, les moulinets situés au vent V sont moteurs et ils entraînent les moulinets sous le vent qui aspirent les filets d'air qui tourbil- lonnent à proximité de la partie arrière du carter. Entre les aubes 14-15 et entre les aubes 15 et les parois latéra- les concaves 4 des piliers 3 sont disposées des surfaces de capta- ge 16 qui peuvent être des toiles dont la surface présente des as- pérités, par exemple des poils, et elles sont arrosées en liquide mouillant, neutralisant ou antiseptique par des buses 17 alimen- tées en liquide depuis une pompe non représentée par une canalisa- tion 18 placée sous le plateau supérieur 1. En aval des moulinets, l'air circule dans un labyriunthe formé par des parois concentriques 19 qui peuvent avoir une constitution ana- logue aux surfaces de captage 16 et qui sont arrosées en liquide par des buses 20. L'air sort du labytinthe par des ouies 21 dans une cheminée centrale. Dans l'axe de la cheminée centrale est monté à rotation, par des paliers 22, un arbre tubulaire 23 qui porte des pales d'hélice 24. A l'extrémité inférieure de l'arbre 23 est calé le rotor d'une pom- pe immergée 25 qui aspire dans une réserve de liquide 26 pour re- fouler le liquide dans l'arbre tubulaire 23. Le liquide est proje- té par des orifices 27 pour former dans la cheminée centrale des rideaux liquides qui sont traversés par l'air aspiré sur la paroi périphérique et sur celui propulsé longitudinalement dans la chemi- née par la vitesse de chute de l'engin. Le liquide qui lave la pa- roi interne de la cheminée coule le long de celle-ci et est collec- té dans une gouttière 28 et il est renvoyé, ensemble avec le liqui- de d'arrosage des surfaces 19 collecté dans la même gouttière et celui d'arrosage des surfaces 16 collecté dans un bac 29, par des canalisations 30 à la réserve de la pompe qui alimente les canali- sations 18. A sa partie supérieure la cheminée centrale se prolonge par un dif- fuseur 31. L'air est admis à sa base par un convergent délimité par une enceinte centrale contenant la réserve de liquide 26 ali- mentant la pompe 25, enceinte dont la paroi 32 a une forme en bul- be aérodynamique, et par une paroi périphérique en entonnoir 33. La chambre 34 entre la paroi 33 et la jupe périphérique 35 qui pro- longe vers le bas la surface du caisson, est de préférence utili- sée pour capter les poussières d'une partie du flux d'air s'engouf- frant dans l'entonnoir 33. Le système de captage, qui est de révo- lution autour de l'axe de l'engin, n'a été représenté, pour la sim- plification des dessins, que sur la partie de gauche de la figure 2. Des jupes internes 36 dévient une partie du flux d'air vers des ouies 37 qui donnent accès dans la chambre 34. Dans cette chambre sont disposées des parois tronconiques en chicane 38 dont les sur- faces sont arrosées par des buses 39, le liquide s'amassant en 40 dans les rigoles formées par les parois 38 d'o il est ramené par des canalisations 41 dans la réserve 26. L'air ayant traversé le circuit en chicane dans la chambre 34 est ensuite réintroduit, après avoir été ainsi purifié, dans le courant d'air central qui entraîne, par les hélices 24, le rotor de la pompe 25. L'air qui a passé directement dans la partie centrale est purifié par lavage lors de la traversée des rideaux liquides projetés depuis les aju- tages 27. Revendications 1. Un capteur de poussières utilisant l'énergie éolienne, caractérisé en ce que la circulation de l'air pollué dans le dispo- sitif à filtres capteurs (12, 16, 19, 27, 38) est assurée par l'é- nergie éolienne (8, 24) qui assure la dispersion et l'entraîne- ment desdits poussières ou corpuscules depuis leur point de produc- tion ou d'émission. 2. Un capteur de poussières selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie éolienne est utilisée indirecte- ment pour assurer l'entraînement d'un générateur électrique qui as- sure lui-même l'alimentation du moteur d'entraînement du-ventila- teur assurant la circulation de l'air contaminé dans le circuit du dispositif capteur. 3. Un capteur de poussières selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie éolienne est utilisée directement pour assurer par effet aérodynamique (5-12), avec éventuellement accélération par Venturi (31-33), la circulation de l'air contami- né dans le dispositif capteur. 4. Un capteur de poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'énergie éolienne assure l'entraînement d'un générateur électrique alimentant un dispositif électrostati- que de précipitation ou une pompe (25) de pulvérisation (27) d'un ou plusieurs rideaux liquides ou d'aspersion (17, 20, 39) d'une surface (16,19,38) avec un liquide ayant des propriétés de fixa- tion ou de neutralisation des poussières ou particules. 5. Un capteur de poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement un circuit de cir- culation dans lequel le flux d'air à débarrasser des poussières et particules circule en étant soumis à au moins un et de préférence plusieurs changements de direction assurant des accélérations cen- trifuges de manière à précipiter les élément les plus denses du flux vers une paroi (19-38) comportant des moyens pour leur fixa- tion et/ou le flux d'air est soumis à un champ électrostatique et- de lavage de l'air, et/ou une enceinte de four notamment de four à catalyse. 6. Un capteur de poussières selon la revendication 5, caractérisé en ce que les accélérations centrifuges sont assurées par des chicanes(19-38), un canal en spirale ou hélicoïdal, par un cyclone et/ou par des bombements de la paroi venant en saillie dans la section du canal de circulation du flux. 7. Un capteur de poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens pour la fixation des poussières prévus sur la paroi sont constitués par un film adhésif, un film de liquide additionné éventuellement d'un agent mouillant et/ou d'un agent neutralisant, par un ensemble d'éléments en relief tels que notamment des poils ou tétons en quinconce accroissant la sur- face de contact ou des reliefs tels que des nervures, gorges et po- ches superficielles assurant un freinage de la couche laminaire au contact et des turbulences et zones de calme favorisant la venue des poussières et corpuscules au contact de la paroi et de sa cou- che d'enduction éventuelle. 8. Un capteur de poussières selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fixation des poussières ou autres est as- surée par une paroi fixe (16-19) ou mobile (12) imprégnée par ca- pillarité, aspersion ou trempage avec un liquide mouillant et de préférence neutralisant ou bactéricide. 9. Un capteur de poussières selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi mobile est sous forme d'une bande sans fin verticale (12) dont la boucle inférieure plonge dans la masse de liquide (13) pour assurer le lavage de la bande et l'éli- mination des particules et substances déposées sur sa surface. 10. Un capteur de poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9 ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est constitué par un caisson (1,2,3) en mé- tal léger ou matière plastique comportant au moins un orifice d'en- trée d'air, un dispositif (5-12, 24) d'aspiration et de propul- sion de l'air, un circuit (14,15,4-19-32,33) de canalisation du flux d'air et des dispositifs (16-19-27) de captage des poussiè- res disposés le long de ce circuit de canalisation. 11. Un capteur de poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10 ci-dessus, caractérisé en ce que le dispositif capteur de poussières ou au moins ses ouïes d'admission de l'air dans la gaine conduisant au circuit du capteur, sont auto-orientables dans le lit du vent soit par action du vent sur une dérive faisant tourner le dispositif au- tour d'un pivot ou de son moyen de suspension, soit par contrôle de l'alimentation d'un moteur d'orientation par un dispositif dé- tecteur de la direction du vent ou analogue. 12. Un capteur de poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif pour le captage des poussiè- res en altitude est suspendu à un ballon du type libre, dirigea- ble ou captif. 13. Un capteur de-poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif est largable en altitude par un aéronef ou une fusée pour descendre à travers le nuage à explo- rer en étant freiné par un parachute. 14. Un capteur de poussière selon la revendication 13, caractérisé en ce que la vitesse de chute est utilisée comme sour- ce génératrice de l'énergie éolienne, le dispositif capteur aspi- rant l'air à analyser par apiration indirecte à sa périphérie et/ou par refoulement direct à travers des entrées (32-34) d'air pré- vues sur sa surface inférieure. 15. Un capteur de poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif est propulsé à travers le nua- ge à analyser par ballon dirigeable, aéronef ou fusée, l'air étant aspiré et l'énergie éolienne fournie par la vitesse relative du porteur-propulseur par rapport à l'atmosphère traversée. 16. Un capteur de poussières selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 15, caractérisé en ce que le mouillage des poussières, bactéries ou mo- lécules à capter est assuré avec un ou des aérosols chargés élec- triquement pulvérisés dans le flux gazeux admis, la charge des aé- rosols étant de signe opposé au signe supposé de la charge des poussières ou particules à capter et de signe opposé à la charge des surfaces de fixation électrostatique.