Brevet FR2652009A1 — publié le 19910322

La présente invention concerne un dispositif électrostatique destiné à l'élimination des particules polluantes diverses, poussières aérosols, biocontaminants, contenues dans l'atmosphère d'un lieu habité ou non,après que de telles particules,neutres ou porteuses d'une charge électrique propre positive ou négative -dépendant des conditions locales- auront été préalablement chargées négativement par une source indépendante de puissance suffisante pour maintenir une densité élevée d'ions négatifs dans la-dite atmosphère. Le dispositif objet de la présente invention concerne l'élimination de par ticules dont le diamètre s'étend de moins de 5.10 b m (dimension des "petits ions" à plus de 1 Km ("ultra-gros ions") sans aucune discontinuité,permettant ainsi d'assurer la dépollution (ou la décontamination) d'une atmosphère,dans une région du spectre granulométrique où les dispositifs connus de "filtrage" sont d'efficacité très variable,coûteux,laissent subsister un risque de pollution ou contamination certain et reconnu,et peuvent au surplus introduire des polluants indésirables ou dangereux (ozone,oxydes d'azote,gros ions positifs). Les dispositifs actuellement utilisés en vue de la collecte des polluants atmosphériques ont en commun plusieurs caractéristiques limitant strictement leurs performances ,leurs domaines d'action et leur emploi,en particulier en milieux confinés habités.Ces caractéristiques communes se résument ainsi: - assemblage simultané,à l'intérieur du même dispositif,d'une source de très haute tension ionisante et d'un système de collecte des particules chargées; - ionisation locale des polluants à l'intérieur du même dispositif par une source de très haute tension positive à fil (effet Corona).Le taux de capture des ions produits par le dispositif de collecte faisant suite est souvent reconnu très inférieur à 100 % (usage de plaques de capture dont l'une,également chargée positivement,joue un rôle répulsif fortement nuisible au rendement). Circonstance aggravante,une quantité excessive de particules chargées positivement est réintroduite dans l'atmosphère à "purifier": une telle réinjection qui favorise les gros ions positifs nocifs que le système doit justement exclure- est dorénavant reconnue biologiquement néfaste,cause de troubles variés parfois sévères,et exigerait la mise en oeuvre impérieuse de sources d'ions négatifs généralement absentes; - usage obligé de sources d'ions positifs à fils,dont la tension atteint parfois 14 000 Volts :ces sources sont de puissants générateurs de composés peroxydants toxiques (ozone,oxydes d'azote) dont l'élimination systématique est dorénavant reconnue indispensable à la salubrité de l'air et à l'intégrité du milieu vivant. En fait les dispositifs connus ont pour la plupart vocation industrielle,et fonctionnent en milieu déjà ventilé réduisant en principe les risques liés à l'émission des peroxydants ainsi qu'à l'émission secondaire d'une forte densité d'ions positifs. On peut citer,à titre d'exemples non limitatifs: "E.C.U" de la Société A.A.F-S.A,PARIS; "REXAIR" ,de l'Office du Froid,Levallois Perret;"ELOSTA",de la Société A.A.F-S.A;filtre "Série 662",de FENWICK. Les autres dispositifs similaires ne disposent que d'une puissance très insuffisante pour assurer une complète dépollution lorsque celle-ci devient critique,même à de faibles niveaux. Le dispositif suivant l'invention permet de supprimer les divers inconvénients ou défauts des dispositifs connus;il assure en effet simultanément l'élimination la plus complète des polluants et contaminants d'une atmosphère,ainsi que la restauration et le maintien d'une densité ionique moyenne négative identique à celle des milieux naturels salubres. Le dispositif suivant l'invention comporte deux sous-ensembles distincts et autonomes dont les fonctions sont strictement complémentaires: - un générateur d'ions négatifs en milieu gazeux confiné ou en atmosphère libre ou confinée,suivant la revendication NO 1 de la demande de Brevet fran çais NO 86 12448;le nombre de pointes émettrices de ce sous-ensemble -qui en définit la puissance- est adapté aux caractéristiques de l'atmosphère du lieu à traiter: * volume,configuration et destination du local, * nature et concentration des polluants ou contaminants, * présence éventuelle de systèmes annexes (ventilation,etc..) de manière à assurer simultanément: * la charge négative maximum et permanente de toutes les particules ou microparticules présentes dans cette atmosphère, * le maintien permanent d'un excédent d'ions négatifs atmosphé riques de densité minimum (supérieure à 5.103 ? ions négatifs /cm3) assurant en particulier la salubrité du lieu. - un dispositif électrostatique de capture des particules ainsi chargées, constitué de plaques conductrices dont les faces,parallèles,sont portées à un potentiel fixe,soit nul ("masse"),soit positif,de sorte que chaque plaque au potentiel de masse soit située entre deux plaques positivement chargées,et réciproquement.Il en résulte l'existence entre deux plaques consécutives d'un fort champ électrique assurant la capture par la plaque positive de toute particule chargée négativement qui pénètre entre deux plaques.Un système annexe -ventilateur ou turbine- situé en sortie du dispositif assure l'aspiration et la circulation de l'air entre les plaques à une vitesse prédéterminée. Un avantage supplémentaire,la complète capture des particules chargées, résulte de la polarité positive (à tension élevée) de la plaque destinée à collecter les particules chargées négativement:outre le mouvement de l'air,les forces électrostatiques intenses attractives assurent la pénétration optimum du flux de polluants dans ltespace de capture,effet accrû par un décalage en avant des plaques positives.Le choix des divers paramètres caractérisant le dispositif de capture (dimensions et espacement des plaques,champ électrique entre plaques,vitesse de circulation de ltair entre plaques) permet d'assurer la capture de toute particule présente (gros ion porteur au minimum d'une charge unitaire::ici un électron) dotée d'une mobilité minimum;la capture de toute particule identique dotée de plusieurs électrons,ou de toute particule chargée de dimensions inférieures,se trouve de ce fait absolument assurée (capture des "micropolluants" ou biocontaminants dangereux). Un autre avantage résulte de l'utilisation d'une source extérieure d'ions négatifs de grande puissance:la charge accrue des particules,qui en résulte, accroit leur mobilité et rend plus rapide et énergique leur capture dans 1' espace compris entre les plaques,en particulier dans le cas de particules de masse élevée dont la mobilité intrinsèque est très faible. Un autre avantage résulte de la disposition suivante:la haute tension entre deux plaques consécutives -de l'ordre de 3 500 Volts au maximum- n'en traîne la production d'aucune trace décelable d'ozone ou de peroxydes d'azote,autorisant ainsi l'usage du dispositif en lieux clos ou confinés. Un autre avantage résulte de la disposition mécanique des plaques,assemblées en un tout aisément amovible en vue de son nettoyage périodique. Les dessins annexés représentent respectivement: - le schéma (synoptique) du dispositif sous forme des fonctions assurées par chacune de ses parties : Planche 1/3 - le schéma de principe des conditions de capture d'un ion négatif circulant entre les plaques chargées : Planche 2/3 - un schéma de réalisation possible de capteur dans la configuration plane des plaques : un tel exemple n'épuise nullement l'invention qui peut être réalisée sous la forme de cylindres coaxiaux entre lesquels règne le champ électrique de collecte et capture des ions,ou sous toute autre forme assurant le respect des divers paramètres conduisant à la-dite capture complète des particules chargées présentes : Planche 3/3 Tel qu'il est représenté sur la Figure 1 de la Planche 1/3 (synoptique) le dispositif suivant l'invention comporte deux sous-ensembles: un premier sous-ensemble (section I) constitué par un générateur d' ions négatifs (S) autonome,suivant la revendication N01 de la demande de Brevet français NO 86 12448 ,alimenté par le secteur alternatif (rv),et destiné à injecter dans l'atmosphère environnante un flux intense d'ions négatifs sous forme de molécules d'oxygène ionisé (m.i) un second sous-ensemble (section III) ainsi constitué :: - un système de plaques conductrices parallèles,équidistantes,telles o que (P ) et (P+) ,portées respectivement au potentiel zéro (masse ou terre) et à un potentiel positif de l'ordre de 3 500 Volts,les plaques (P+) et o (P ) étant superposées de manière alternée - une source de haute tension continue positive (A) alimentée par le secteur alternatif (6b) ,dont les sorties (+) et (o) sont reliées aux-dites plaques (P ) et (P ) .Une résistance (R) de forte valeur,insérée dans la sortie (+) de la source de haute tension,protège celle-ci en cas de court-circuit accidentel entre les plaques de capture,et protège de même les utilisateurs en cas de contact avec les plaques (P+);; - un dispositif (ventilateur ou turbine V) placé en sortie du système de plaques de capture,chargé d'assurer l'entrée (1) de l'air pollué entre les-dites plaques,sa circulation à vitesse déterminée (2) et l'évacua- tion de l'air purifié (3) Le fonctionnement du dispositif est alors le suivant les ions négatifs produits dans la section (I) (ions moléculaires m.i ),de très grande mobilité,sont capturés par les particules présentes,positives ou neutres,qui acquièrent en un temps très court une charge négative variable suivant leur taille mais de valeur élevée leur conférant les propriétés de gros ions négatifs (G.i ;;ceci se produit dans la section (II) Bien que de faible mobilité,ces gros ions négatifs soumis aux forces répulsives résultant de leur charge ont tendance à se déplacer vers les sites ou ils pourront abandonner leur charge (le sol en particulier). Ce sera précisément le rôle de la section (III) ,comportant les plaques de capture :le flux d'air aspiré vers l'entrée (1) du dispositif va amener les particules chargées négativement dans la région (2) où règne le champ électrique (E) de valeur telle que les-dites particules,accélérées dès leur entrée dans le-dit champ électrique,vont atteindre la plaque (P ) où elles se fixeront énergiquement,leur zone de fixation se répartissant de l'entrée à la sortie des plaques en fonction de leur mobilité (les plus fines et légères vers l'entrée bien entendu) Le schéma de la figure 2 de la Planche 2/3 illustre les conditions de capture d'un gros ion (G.i ) et celles d'un petit ion (p.i ).Le flux d'air entraîne les ions à la vitesse (v ) constante,le champ électrique confère à un ion donné ,de mobilité (h) ,une vitesse transverse (v e = E),qui est en fait sa vitesse limite.La trajectoire résultante amène alors l'ion sur la plaque (P+) où il se fixe,à condition que les valeurs respectives du champ (E),de la longueur (L) de la plaque (P+),de la vitesse (va) du flux d'air et de la mobilité (r) de l'ion autorisent une telle trajectoire fermée. En fait les paramètres de départ seront - la taille maximum des particules devant être capturées (à laquelle correspondra la mobilité minimum), - la valeur du champ électrique,assurant un fonctionnement sûr loin du potentiel disruptif entre plaques Le choix de la longueur du parcours (L) -donc la dimension principale du capteur- imposera alors la valeur du dernier paramètre : la vitesse du flux d'air entre les plaques de capture. Un exemple d'application est donné par la mise en oeuvre du dispositif objet de l'invention en tous lieux clos où sont émises ou présentes des fumées (tabac ou autres) dont il importe de se débarrasser pour des raisons d' hygiène ou de sécurité. Un autre exemple d'application est donné par les ateliers de polissage de matériaux plastiques,libérant dans l'atmosphère ambiante des microparticules échappant aux filtres,et qui sont génératrices de gênes ou de troubles plus sévères pour les personnes travaillant dans ces locaux. Un autre exemple d'application est donné par la mise en oeuvre du dispositif dans les locaux où une stricte asepsie de l'air est imposée en permanence (cliniques chirurgicales,sites de conditionnement d'aliments en industrie agro-alimentaire). De tels exemples d'applications n'épuisent nullement l'invention qui peut être mise en oeuvre en tous lieux ou circonstances où une extrème purification de l'air est nécessaire,sans introduction d'aucun composé accessoire toxique,et sans aucun risque ou gène pour les personnes présentes dans l'atmosphère ainsi traitée. Les dessins des Figures 3 et 4 de la Planche 3/3 représentent un exemple de réalisation du dispositif sous la forme d'un capteur à plaques planes parallèles associé à la source d'ions négatifs - un générateur d'ions négatifs (S),suivant la revendication N01 de la demande de Brevet français NO 86 12448,entretient dans l'atmosphère locale une densité élevée de charges négatives (par exemple supérieure à 10 ions/cm3 d' air; - un boitier (B) en matériau isolant contient l'ensemble des éléments du capteur d'ions; - la face avant (Av) du boitier,ouverte et protégée par une grille (G) isolante,amovible,à larges mailles,permet l'insertion du cadre (C) porte-plaques; - la face arrière (Ar) du boitier supporte un ventilateur (V) assurant le débit d'air nécessaire entre les plaques,de l'entrée (Av) vers la sortie (Ar);; - un boitier annexe (A ) incorporé au boitier principal (B) contient la source de haute tension positive,connectée aux plaques (P+) et (P0):cette source est un multiplicateur de tension à diodes et condensateurs,fournissant à partir du réseau à 220 Volts la tension de +3 500 Volts nécessaire; - un cadre en matériau isolant (C) (Figure 4,Planche 3/3),indépendant du boitier principal (B),contient l'ensemble des plaques conductrices,les plaques (P ) et (P ) étant respectivement connectées entre elles et fixées au-dit cadre;l'ensemble peut,après dépose de la grille d'entrée (G) être extrait ou inséré dans le boitier (B); ;deux contacts (Ct) et (CO) situés en fond du boitier (B) assurent alors la connexion entre les deux séries de plaques de capture et la source de THT.Cette disposition permet d'assurer l'entretien (dépoussiérage) des plaques par lavage sans risque pour le reste du dispositif. Il est évident qu'un tel exemple n'épuise nullement l'invention qui peut associer au générateur d'ions négatifs un ou plusieurs dispositifs de capture adapté aux conditions locales,sous forme de cylindres coaxiaux,de structures polygonales ou autres, dont les divers paramètres de fonctionnement sont alors ajustés en vue d'obtenir le résultat attendu. REVENDICATIONS 1- Dispositif électrostatique destiné à l'élimination des polluants -poussières,aérosols- et biocontaminants contenus dans l'atmosphère d'un local,après que la totalité des particules constituant les-dits polluants et biocontaminants -neutres ou chargées électriquement- auront reçu au préalable dans la-dite atmosphère une forte charge négative produite par une source indépendante d'ions primaires négatifs,de puissance adaptée au type de local à traiter. Dispositif caractérisé en ce qu'il comporte deux sous-ensembles autonomes de fonctions complémentaires non dissociables - un générateur (S) d'ions négatifs primaires assurant le maintien dans l'atmosphère du local d'une densité moyenne d'ions négatifs (m.i-) supérieure à ions ions/cm3,et à entretenir ainsi une forte charge négative de toutes les par- ticules de polluants ou biocontaminants présents dans la-dite atmosphère;; - un ensemble de capture (E.C.) des particules ainsi chargées négativement (G.i-)par circulation de l'air,aspiré par un ventilateur (V),dans le champ électrique (E) existant entre des plaques conductrices parallèles (P+) et (PO) de polarités alternées,reliées respectivement au pôle positif (+THT) d'une source de Haute tension (A) et au potentiel zéro du sol ("masse"). 2- Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé en ce qu'il comporte une source (S) autonome produisant une forte ionisation négative préalable de l'atmosphère. 3- Dispositif suivant les revendications (1) et (2),caractérisé en ce que la source (S) d'ions négatifs produit la charge électrique de tous les polluants et biocontaminants contenus dans l'atmosphère. 4- Dispositif suivant les revendications (1),(2) et (3) caractérisé en ce que les plaques de capture (P+) et (PO) sont portées respectivement à un potentiel positif et nul,exerçant de ce fait des forces exclusivement attractives sur les particules chargées négativement (G.i ) dont la capture est complète. 5- Dispositif suivant les revendications (1) et (4) caractérisé en ce que la haute tension (+THT) appliquée aux plaques positives de capture (P+) est de 3 500 Volts,et ne peut de ce fait causer la production de peroxydants toxiques. 6- Dispositif suivant les revendications (1) et (5) caractérisé en ce que la limitation à 3 500 Volts de la haute tension alimentant les deux sous-ensembles excluant toute production de peroxydants toxiques,permet l'utilisation du dispositif en tous lieux confinés ou clos. 7- Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé en ce que les plaques conductrices de capture (P+) et (PO) sont assemblées sur un cadre (C) isolant,amovible,permettant leur nettoyage aisé.