Brevet FR2623424A1 — publié le 19890526

DISPOSITIF ET PROCEDE DE FILTRAGE ELECTROSTATIQUE.A FILTRE PERPEN DICULAIRE A L'ECOUtEMENT DE FLUIDE GAZEUX, NOTAMMENT DE L'AIR. L'invention concerne un dispositif et un procédé de filtrage électrostatique pour fluide gazeux notamment de l'air chargé de particule s. Les filtres a air électrostatiques permettent ioniser grâce a un champ électrique haute tension les particules véhiculées par le flux d'air, puis de les capter sur des plaques disposées parallelement au flux d'air mises a la terre. Ces filtres sont classés en général en deux catégories selon leur taille. Les grands "éLectrofiltres" sont des grands dépoussiéreurs capables de traiter de 105 a 106 m3/h. L'air circule dans les passages ayant une largeur de l'ordre de 50 cm et dont les parois sont constituées de plaques métalliques, verticales et paralleles au flux d'air, reliées a la terre. Entre ces plaques (pouvant dépasser 15 m de haut), des électrodes (barres ou fils métalliques) sont disposées verticalement tous les 50 cm environ et sont reliées a une source de tres haute tension (100 kV environ) généralement négative. Les poussieres ionisées par leur passage dans le champ électrique provoqué entre électrodes et plaques, viennent se déposer sur les parois des passages. Un systeme de production de chocs sur les parois en décolle les particules qui tombent dans une trémie, au fond de l'électrofiltre. Les petits filtres électrostatiques sont des appareils destinés a traiter des débits d'air a partir de 500 m /h environ. Dans ces appareils, on procede en deux étapes successives : ionisation des poussieres, puis captage des poussieres ionisées. L'ionisation est obtenue grâce a des fils sous tension électrique de + 10kV environ, disposés a 50 mm les uns des autres et séparés par des plaques reliées a la terre. Ces fils ont une longueur généralement inférieure a 1 m et les plaques séparant les fils ont une largeur de l'ordre de 5 cm.Le captage est réalisé par un collecteur constitué de plaques paralleles au flux d'air, séparées les unes des autres de 8 a 10 mm; leur dimension ne dépasse généralement pas 1 ni de hauteur. Ces plaques sont alternativement reliées à une tension de + 5 kV environ et à la terre. Les plaques positives ont pour objet de repousser les poussières ionisées sur les plaques neutres. Ces appareils sont généralement pas de systèmes secoueur, et il faut alors retirer les éléments servant à ioniser les poussières et le collecteur (qui peuvent ne constituer qu'une seule pièce) et les nettoyer dans une solution d'eau et de détergent. La longueur de ces plaques, dans le sens de l'écoulement d'air, nécessaire pour assurer un captage efficace, rend le collecteur encombrant et lourd à manipuler. La distance minimale entre les plaques est déterminée par la différence de potentiel que l'on applique à une sur -deux et aux caractéristiques diélectriques de l'air. Si les plaques sont trop rapprochées, il se produit des étincelages voire des amorçages. Cette distance minimale oblige à faire circuler l'air relativement lentement entre les plaques du collecteur (de l'ordre de 2 m/s) avant que les particules aient le temps de franchir la distance entre plaques, afin de se déposer. Dans les filtres connus de ce type il peut se produire que les particules recouvrent complètement le collecteur apres une certaine durée de fonctionnement sans que l'on puisse détecter facilement cette situation. L'écoulement d'air traversant alors le filtre n'est plus débarrassé des particules. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de filtrage électrostatique pour un fluide gazeux, notamment de l'air, qui élimine les inconvénients précédents et qui permette en particulier de remplacer la partie "collecteur" des appareils précédemment décrits par un filtre de construction nettement plus simple et plus efficace. Un autre but de l'invention est de faciliter le nettoyage du filtre en détectant aisément le moment ou un tel nettoyage devient nécessaire. L'invention consiste, dans un dispositif de -filtrage électrostatique pour un fluide gazeux, notamment de l'air, chargé de particules, du type précédent comportant de maniere connue, des moyens d'ionisation desdites particules et des moyens de captage des particules ionisées par effet électrostatique placés en aval des moyens d'ionisation, à prévoir des moyens de captage comprenant un filtre métallique monté de manière générale perpendiculairement à l'écoulement du fluide gazeux, et relié exclusivement à la terre. Ledit filtre métallique présente une multitude de passages qui permettent à l'écoulement du fluide gazeux de le traverser et aux particules ionisées de se déposer sur les parois desdits passages. Ces parois peuvent comporter des portions de surface perpendiculaires ou non à l'écoulement du fluide gazeux. Le filtre métallique comprend des structures de nature diverse et variée, telles que tricot, copeaux, nid d'abeilles, métal déployé, filasse métallique, etc. Un premier avantage du dispositif selon l'invention est la suppression du -champ électrique, entre les plaques du collecteur, complémentaire du champ électrique haute tension d'ionisation, grâce à la disposition du filtre métallique relié à la terre. Les particules véhiculées par le fluide gazeux après l'étape d'ionisation se trouvent dans le champ électrique créé entre les fils haute tension d'ionisation et le filtre métallique relié à la terre.Ce champ électrique permet plus facilement aux particules ionisées d'aller se déposer et de se décharger pour redevenir neutre électriquement sur le filtre métallique dônt la structure possède des passages suffisamment étroits et plus ou moins sinueux pour l'écoulement du fluide gazeux, de sorte que les particules ionisées passent plus facilement à une- tres courte distance d'une masse (paroi ou fil métallique) reliée à la terre. La vitesse de passage de l'air pourra donc être plus importante que sur les modèles à plaque. L'efficacité du captage des particules ionisées est donc améliorée. Un deuxième avantage résulte du fait que le filtre métallique selon l'invention est de fabrication peu coûteuse. I1 ne nécessite pas d'usinage complexe, et il possède de faibles dimensions suivant l'axe parallèle à l'écoulement du fluide gazeux. Le gain en coût du dispositif de l'invention peut être de l'ordre de 50% sur un dispositif de filtrage électrostatique classique analogue. La petite dimension et le faible poids permettent au dispositif de l'invention, devenu plus maniable, une utilisation plus variée, notamment sur des structures mobiles (pour en assurer le nettoyage automatique en continu, par exemple). Un autre avantage du dispositif selon l'invention est que l'on peut choisir des structures du filtre métallique de sorte que les passages permettant la circulation du fluide gazeux à travers le filtre soient suffisamment étroits pour rendre le filtre colmatable en effet de cette façon la perte de charge du filtre dans l'écoulement du fluide gazeux notamment de l'air augmente au fur et à mesure de son colmatage. Lorsqu'il est complètement chargé de particules déposées, la perte de charge est telle qu'il n'y a plus d'aspiration. Cet état de fait oblige l'utilisateur à nettoyer le filtre.Dans les appareils traditionnels à plaques parallèles à l'écoulement du fluide gazeux, la perte de charge augmente de façon négligeable et de ce fait on peut avoir des appareils qui ne filtrent plus rien, mais qui aspirent encore, ce qui permet à l'utilisateur de repousser l'opération d'entretien, alors qu'elle est indispensable pour que l'appareil reste efficace. Lorsque la structure du filtre métallique est du type en nid d'abeilles, on peut faire varier le degré de colmatage du filtre avec les ouvertures des passages comprises entre 0,5 et 2 mm. Le dispositif selon l'invention peut comporter, en amont de l'étape d'ionisation, une cloison en métal déployé ou un autre filtre métallique relié à la terre. Le filtre métallique de captage est maintenu en contact électrique, par l'intermédiaire de deux cloisons parallèles en métal déployé par exemple, avec un cadre métallique extérieur relié à la terre. Dans un mode de réalisation de l'invention, le filtre métallique de captage placé verticalement comprend deux parties bout à bout, dans le sens de la longueur, montées autour d'un axe horizontal parallèle au filtre de façon a pouvoir pivoter l'une vers la position basse pour un examen ou une opération de nettoyage, pendant que l'autre est en fonctionnement. A titre d'exemple non limitatif, la desctiption suivante basée sur les dessins annexés, permettra une meilleure compréhension de l'invention la figure 1 est un schéma explicatif du procédé; la figure 2 est une vue de face comportant une coupe partielle du dispositif; la figure 3 est une vue de côté en coupe de ce dispositif. La circulation de l'air à travers le dispositif de filtrage électrostatique est assurée par un ventilateur non représenté. Sur la figure 1, de l'air pollué 2 chargé de poussieres 3a subit d'abord une étape d'ionisation, dans le dispositif de filtre 1 dans un champ électrique haute tension créé entre des fils de tungstene 4 reliés à une source haute- tension et des plaques métalliques 5 intercalées entre les fils d'ionisation 4 parallèlement au flux d'air et reliées à la terre. Les fils haute tension 4 et les plaques neutres 5 d'ionisation, de longueur inférieure à 1 m, paralleles entre eux et distancés d'environ 2 cm les uns des autres. Les plaques 5 sont retangulaires, de faible épaisseur, et d'une largeur dans le sens du flux d'air de l'ordre de 5 cm. Les fils 4 sont situés dans le plan médian commun des plaques 5. Les poussieres ionisées 6, de charge généralement positive apres l'étape d'ionisation, sont véhiculées vers l'étape de captage, assurée par un filtre métallique 7, par l'action combinée du flux d'air et du champ électrique entre les fils d'ionisation haute tension 4 et le filtre métallique 7 relié à la terre. Ce filtre métallique 7 est constitué de deux rangées paralleles d'éléments métalliques 8 sous forme de S comportant chacun une portion inclinée par rapport au flux d'air et des portions courbées aux extrémités. La forme en S illustrée ici est utilisée principalement pour faciliter la compréhension. Dans la pratique les éléments métalliques utilisés auront d'autres formes de fabrication moins onéreuse. Ils pourront par exemple être constitués par de la filasse métallique entrelacée. Ces éléments métalliques 8 sont reliés entre eux et à la terre, et ils délimitent les passages de l'air à travers le filtre métallique 7 qui est placé perpendiculairement aux flux d'air. Les poussieres ionisées 6 viennent se déposer sur les parois 8 des passages du filtre métallique 7, et s'y déchargent pour redevenir des poussières neutres 3b. L'air 9 à la sortie du dispositif 1 est donc épuré. Les figures 2 et 3 montrent à titre d'exemple une réalisation concrète d'un dispositif de filtrage électrostatique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. I1 se présente sous la forme d'un parallélépipède 20 comportant deux filtres métalliques rectangulaires 16 et 18, l'un 18 en amont et l'autre 16 en aval des moyens d'ionisation, placés perpendiculairement au flux d'air. Ces filtres de structure en métal déployé 16 et 18 identiques dans cet exemple, ont chacun une hauteur d'environ 45 cm et une largeur d'environ 35 cm. Le filtre 18 en amont, supplémentaire au filtre 16 en aval, est un préfiltre à chocs servant à arrêter les grosses poussières avant ionisation. Le ressort 10 assure l'alimentation du dispositif 20 depuis une source haute tension non représentée. Deux barres métalliques 12 disposées horizontalement soutiennent de fils d'ionisation 14, en haut et en bas du dispositif 20. Elles sont montées sur des isolateurs 11 incoporés dans le cadre métallique extérieur 17. Le ressort 10 est fixé à une extrémité de la barre métallique 12 supérieure. Les fils d'ionisation en tungstène 14 sont tendus entre les barres métalliques 12 par l'intermédiaire des ressorts 13, qui assurent en même temps le contact électrique entre les fils 14 et les barres 12. Les plaques d'ionisation 15 de forme rectangulaire sont placées parallèlement aux fils d'ionisation 14 et en contact avec le cadre extérieur 17. Ces plaques de largeur d'environ 5 cm comportent des ouvertures circulaires supérieure et inférieure permettant la mise en place des barres métalliques 12 sans aucun contact avec ces dernières. Le filtre métallique 16 en aval est aussi en contact électrique avec le cadre extérieur 17 qui est relié à la terre. Le flux d'air arrivant en amont du dispositif 20 est débarrassé de grosses particules par le prés filtre à chocs 18 avant de subir l'étape de l'ionisation (14, 15). Les particules ionisées viennent ensuite se déposer sur le filtre 16. Le flux d'air en aval du dispositif 20 est ainsi épuré. REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtrage électrostatique (1, 20) pour un fluide gazeux (2) notamment de l'air, chargé de particules (3a) comportant des moyens (4, 5, 14, 15) d'ionisation desdites particules et des moyens (7, 16) de captage des particules ionisées (16) par effet électrostatique placés en aval des moyens d'ionisation, caractérisé par le fait que les moyens de captage (7, 16) comprennent un filtre métallique monté de manière générale perpendiculairement a l'écoulement du fluide gazeux, et relié exclusivement à la terre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le filtre métallique (7, 16) présente une multitude de passages permettant à l'écoulement du fluide gazeux de le traverser et aux particules ionisées (6) de se déposer sur les parois desdits passages. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le filtre métallique (7, 16) comporte des portions de parois qui ne sont pas parallèles à l'écoulement du fluide gazeux. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le filtre métallique ne comporte que des passages suffisamment étroits entre des surfaces ou des fils conducteurs reliés à la terre pour attirer et retenir les particules ionisées. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le filtre métallique comporte une structure telle que de la filasse métallique, du 'métal déployé, un tricot de fils métalliques, des profilés métalliques en forme de "S". 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le filtre métallique (7, 16) est constitué de plaques métalliques en forme de nid d'abeilles. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le filtre métallique (17, 16) est du type en nid d'abeilles à ouvertures comprises entre 0,5 et 2 mm 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précécendes, caractérisé par le fait que les passages du filtre métallique sont suffisamment serrés pour que le filtre (7, 16) soit colmatable. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le filtre métallique (7, 16) est maintenu entre deux cloisons parallèles en métal déployé. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le filtre métallique (7, 16) et les cloisons métalliques sont en contact avec un cadre métallique relié à la terre. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendîcatibns précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un filtre métallique supplémentaire (18) placé en amont des moyens d'ionisation et relié à la terre. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ledit filtre supplémentaire présente la même structure que le filtre précité (16) ou une structure en métal déployé. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le filtre métallique (7, 16) en aval des moyens d'ionisation comprend deux parties parallèles mobiles autour d'un axe parallèle à leur plan de façon à pouvoir pivoter l'une en vue d'une opération de nettoyage, pendant que l'autre est en fonctionnement. 14. Procédé de filtrage électrostatique pour un fluide gazeux, notamment de l'air (2), chargé de particules (3a) comportant des moyens (6, 5, 14, 15) d'ionisation desdites particules et des moyens (7, 16) de captage des particules ionisées (6) par effet électrostatique placés en aval des moyens d'ionisation, caractérisé par le fait que l'on ionise les particules (3a) véhiculées par le fluide gazeux (2), traversant le dispositif (1, 20), puis on capte lesdites particules gracie à leur passage à travers un filtre métallique (7, 16) monté de manière générale perpendiculairement à l'écoulement du fluide gazeux et relié exclusivement à la terre. 15. Procédé de filtrage electrostatique selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'on mesure la perte de charge du dispositif et on calcule le colmatage du filtre métallique par le - dépôt des particules afin de hecncher -le nettoybge du filtre colmaté.