Brevet FR2717711A1 — publié le 19950929

"Electrofiltre épurateur ioniseur en milieu gazeux, de grande puissance, à configuration de champ électrique de haute densité." La présente invention concerne les appareils électroniques du type "dépoussiéreurs électriques ou électrofiltres" permettant, à l'intérieur d'une enceinte ou d'un local, de limiter la quantité de corps solides, liquides ou gazeux constituants la pollution de l'air, dans une proportion strictement déterminée, en l'absence de toute production d'ozone ou d'oxydes d'azote. Les dispositifs connus de ce genre reposent essentiellement sur la charge des poussières qui s'effectue dans un premier étage, dit d'ionisation, et leur précipitation est provoquée par un champ électrique entre deux électrodes planes, situé dans le second étage. Etant donné l'état actuel de la technique et la nature des problèmes les plus couramment rencontrés dans l'industrie, les appareils existants sont essentiellement du type à plaques, avec ionisation préalable. Ils comportent un ou plusieurs champs en série, les champs étant des zones mécaniquement et électriquement indépendantes les unes des autres mais regroupées dans un même caisson. L'assemblage des différentes plaques est assuré par un robuste châssis disposant de colonnes entretoises permettant le positionnement et la liaison électrique des plaques. Des ouvertures usinées dans les plaques permettent de réaliser un montage par lequel chaque plaque est à un potentiel différent de ses deux proches voisines. Ces dispositifs présentent ainsi plusieurs défauts fondamentaux qui en limitent les performances et l'intérêt, en particulier dans les domaines grand public: - les électrofiltres existants font intervenir une multiplicité de composants mécaniques qui exigent pour leur assemblage une main d'oeuvre relativement importante. De ce fait, le prix est relativement élevé et ne peut être que difficilement réduit; - les contraintes électriques et mécaniques relatives au système par plaques imposent un volume très important de l'appareil; - la géométrie des plaques génère un défaut de bord, pénalisant pour le rendement global de l'appareil; - le besoin de rigidité nécessite des plaques d'épaisseur conséquente, qui consomment un courant important et génèrent de l'ozone; - I'ionisation préalable des particules nécessite, en raison de l'éloignement des plaques collectrices, un courant intense qui dépasse le seuil d'activation de la molécule d'ozone, survenant au voisinage de 5 kV; - I'ionisation s'effectue classiquement par fils, montés sur un cadre, composant un ensemble très volumineux et très fragile; - cette ionisation, dans une telle configuration, génère une émission électronique dans toutes les directions, et pas seulement via les plaques collectrices, réduisant considérablement le flux émis et diffusé via les plaques; - le nettoyage des fils émetteurs et des plaques collectrices est une opération délicate et contraignante en raison du volume et de la configuration de ces sous-ensembles; - ces architectures nécessitent des alimentations puissantes et volumineuses générant des tensions comprises entre 8 kV et 16 kV. L'électrofiltre ioniseur suivant l'invention permet d'éviter totalement ces inconvénients et de supprimer ces défauts. Elle propose donc un électrofiltre ioniseur miniaturisé dont la conception, extrêmement simple, autorise une fabrication industrielle à cadences de production élevées, avec un minimum de main d'oeuvre et à très bas prix de revient. D'une façon plus précise, I'invention concerne un électrofiltre épurateur ioniseur en milieu gazeux confiné ou en atmosphère libre ou confinée, à structure simplifiée et à bas prix de revient, cet électrofiltre comprenant une source de très haute tension continue ou pulsatoire constituant un premier sous-ensemble et un ensemble de cellules tubulaires constituant l'ensemble collecteur d'impuretés, reliés électriquement au premier sous-ensemble pour son alimentation en énergie électrique, et un dispositif d'émission d'ions négatifs, ce dispositif d'épuration d'air constituant un bloc électronique d'accélération, focalisation, filtrage et ionisation de l'air et comportant des fils émissifs d'électrons disposés coaxialement dans chaque cellule de la structure tubulaire créant, avec les fils, le champ électrique nécessaire à l'émission d'ions négatifs, électrofiltre caractérisé en ce qu'il comprend: - une structure tubulaire constituée par l'assemblage de flasques identiques en matière isolante, partiellement métallisés, reliée au sol par sa partie conductrice, chaque flasque étant constitué d'empreintes recto-verso de demi-cylindres et disposant de moyens de fixation, de moyens de positionnement, de moyens de tension mécanique des fils et de moyens de connexion électrique des fils avec l'alimentation. - des fils émissifs très fins reliés au pôle négatif de la source de très haute tension, disposant de moyens de liaison entre eux et de moyens de positionnement, de fixation et de tension mécanique par rapport aux flasques de la structure tubulaire. - les extrémités des fils situés du côté où l'air sort épuré, sont terminés sous forme de pointes coaxiales à la cellule, et positionnés de sorte que l'air épuré soit ionisé. Ce dispositif comporte ainsi un ensemble de cellules tubulaires, structurées en nid d'abeilles, collectrices des impuretés ionisées par l'intermédiaire des fils coaxiaux traversant chacune d'elles, assurant ainsi la présence d'un champ électrique très intense à l'intérieur des cellules et une diffusion quasi complète des électrons émis, permettant ainsi l'usage de tensions modérées (d'environ 4,5 kV, très inférieure au seuil de production de l'ozone). Egalement, ce dispositif permet la mise en oeuvre d'un nombre de cellules-fil aussi élevé que nécessaire, tandis que la présence du dispositif de positionnement des fils ne diminue presque pas la charge d'espace. De plus, un ventilateur incorporé assure à l'ensemble un débit et une efficacité mathématiquement définissable. Enfin, I'extrémité des fils génère un effet de pointe assurant l'ionisation de l'air, en sortie du dispositif d'épuration. Le dispositif selon l'invention permet donc d'assurer l'épuration, I'émission, la diffusion et l'ionisation d'un flux d'air exempt de toute impureté (filtrage de 95 à 99,99 %), sans avoir recours à des tensions supérieures à 4,5 kV, et par la même en respectant l'exigence d'absence complète de composés toxiques (Ozone, oxydes d'Azote) lorsque le dispositif est destiné à des applications domestique, hygiénique ou thérapeutique. Il en résulte une amélioration décisive de l'électrofiltre en ce qui concerne la performance (pouvoir d'épuration), ainsi que la sécurité d'utilisation (faibles tensions et courants, flasques de protection des fils), et volume très réduit par optimisation en structure nid d'abeilles (de 4 à 5 fois moins volumineux qu'une architecture à plaques), ces paramètres cessant dorénavant d'être contradictoires. Cette cellule d'épuration et d'ionisation monobloc, en raison de sa taille réduite et de ses modes de réalisation très simples, a un prix de revient extrêmement faible et se contente d'un entretien absolument pas contraignant : le dispositif se nettoie facilement dans un lave-vaisselle standard ou par tout autre procédé domestique. Selon des modes particuliers de réalisation: - les fils peuvent être remplacés par une seule et unique pièce obtenue par découpe chimique d'un feuillard métallique, permettant ainsi la réalisation directe d'un ensemble de fils correctement positionnés, reliés électriquement entre eux par l'intermédiaire d'un cadre ou d'armatures obtenues à partir du feuillard. Cette structure filaire peut intégrer des moyens de tension mécanique des fils. - les flasques peuvent intégrer une série de plots d'attaches et tendeurs de fils, assurant une tension mécanique minimum des fils. - les flasques des extrémités peuvent, dans un souci purement esthétique, n'intégrer d'empreintes demi-cylindrique que sur une seule face. - la fonction de positionnement et fixation des flasques entre eux peut être assurée par des plots coniques moulés dans la matière plastique, et réalisant le collage-soudure des deux flasques, en polymérisant par frottement au montage. - une tige métallique, solidaire du flasque, peut assurer la liaison électrique de chacun des ensembles de fils, ainsi que la connexion avec la source d'alimentation. - une plaque conductrice peut être fixée solidairement aux flasques tout en effectuant le contact électrique de la structure tubulaire avec la source d'alimentation. - les flasques peuvent comporter des languettes ressort formant des tendeurs ou extenseurs de fils. - les fils peuvent être terminés par un anneau de fixation, ou par un ressort, ou par les deux, ou par tout autre dispositif permettant le positionnement, le maintien, la tension ou la fixation des fils. - la structure tubulaire peut être réalisée en matière plastique moulée pour ensuite recevoir un traitement de métallisation superficiel ou par injection de matière conductrice. Dans ce cas, un moyen d'isolement entre la structure tubulaire et la structure filaire permet une réalisation conforme à l'invention. - la structure peut être réalisée sur la base de cellules tubulaires hexagonales offrant la plus grande surface de collection, un tel exemple, non limitatif, n'épuise nullement l'invention, la structure nid d'abeilles pouvant être réalisée sur la base de cellules cylindriques, polygonales, etc... par quelque procédé que ce soit, la seule contrainte étant que la paroi du tube soit conductrice et que le système possède l'ensemble des caractéristiques propres au nouveau dispositif décrit. Un mode de réalisation de l'invention est décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés représentant respectivement: - la figure 1 est une vue en perspective schématique de l'électrofiltre, en configuration prismatique, sous forme de trois pièces réalisables en matière plastique moulée, un tel exemple, non limitatif, n'épuise nullement l'invention qui peut être réalisée en configuration cylindrique, polygonale, etc... possédant l'ensemble des caractéristiques propres au nouveau dispositif décrit ; - la figure 2 est une vue éclatée schématique d'une partie de la cellule d'épuration et d'ionisation d'un électrofiltre ioniseur selon l'invention; En référence à ces dessins, le dispositif objet de l'invention comporte une source d'alimentation (1) en très haute tension de la cellule d'épuration; une structure tubulaire (2) constituée par l'assemblage de flasques (5), partiellement conducteurs, intègre une structure filaire, intercalée systématiquement entre deux flasques. Deux flasques isolants (4), tous deux identiques, constituent les extrémités de la structure tubulaire. Chaque cellule ainsi créée est traversée coaxialement par les fils émetteurs (3) de la structure filaire. Ces flasques permettent la fixation et le positionnement de la structure filaire par l'intermédiaire de plots (8) traversant les armatures (6) de la structure filaire et s'insérant dans des ouvertures (9), assurant le positionnement des fils de manière coaxiale par rapport aux cellules. Les armatures (6) de la structure filaire intègre des découpes (7) en forme de lame ressort assurant une tension mécanique minimum aux fils (3). Des moyens de fixation des flasques entre eux assurent l'assemblage sous forme d'un produit homogène fini. Un dispositif conducteur (10), fixée aux flasques (4) et (5), garantit le contact électrique de chaque ensemble filaire avec la source d'alimentation; Le dessin de la figure 2 représente une vue éclatée de la configuration électronique destinée à assurer la complète diffusion dans l'atmosphère, des électrons émis par les fils (3). L'ensemble fil-cylindre-pointe constitue donc un ensemble électronique assurant la production, I'accélération et la diffusion spatiale des électrons extraits du métal desdits fils dans des conditions proches de la prévision théorique. A titre d'exemple non limitatif, la cellule d'épuration aura les dimensions d'un prisme d'environ L110 x H80 x P80 cm, composé de 12 flasques de 7 empreintes, l'assemblage permettant d'obtenir 77 alvéoles de 9 mm de diamètre, réalisée en matière plastique injectée, partiellement métallisée afin de définir un tube conducteur. La structure filaire est prise en sandwich entre deux flasques. Chaque alvéole ainsi crée est traversée axialement par un fil d'acier inoxydable de diamètre 100 microns, issu de la découpe chimique d'un feuillard de même épaisseur. Cette découpe intègre deux armatures assurant le positionnement et la liaison électrique de chaque fil. Une extrémité de la structure filaire se termine sous forme de pointes de 5 mm de longueur, disposées en léger retrait par rapport à l'orifice du tube. L'ensemble des fils sera porté au potentiel d'environ 4,5 kV, alors que les alvéoles tubulaires seront portées au potentiel "zero" (masse, sol, etc...). Un petit ventilateur avec variateur de vitesse permettra d'ajuster le débit d'air traversant la cellule d'épuration, et ainsi déterminer précisément les performances du dispositif. Un exemple d'application est donné par la mise en oeuvre du dispositif objet de l'invention dans les lieux sujets à pollution atmosphérique (cafés, hôtels, restaurants, discothèques...) par les poussières ou les fumées (tabac ou autres) l'utiiisation dans de telles atmosphères d'un électrofiltre permet un "nettoyage" des dites atmosphères par précipitation électrostatique des polluants sur les parois de chaque cellule qui servent alors de capteurs. Les domaines de l'aération ou de la climatisation où sont mises à profit les faibles dimensions du produit, permettent son intégration dans les gaines d'aération ou de climatisation qui alimentent les salles blanches des hôpitaux ou des laboratoires traitant des hautes technologies (circuits électroniques, biotechniques, etc...). Un autre exemple d'application est donné par la mise en oeuvre du dispositif objet du Brevet dans le domaine biothérapique où sont mises à profit les propriétés connues de la molécule d'oxygène ionisée négativement dans un air pur et exempt de contaminant. Ces exemples d'application n'épuisent nullement l'invention qui peut être utilisée en toutes circonstances exigeant l'épuration, la filtration et l'ionisation parfaite de l'air, en vue d'une qualité associée à une absence complète de production de composés toxiques que sont l'ozone et les oxydes d'azote. REVENDICATIONS 1) Electrofiltre épurateur ioniseur en milieu gazeux confiné ou en atmosphère libre ou confinée, à structure simplifiée et à bas prix de revient, cet électrofiltre comprenant une source de très haute tension continue ou pulsatoire (l) constituant un premier sous-ensemble et un ensemble de cellules tubulaires (2) constituant l'ensemble collecteur d'impuretés, reliés électriquement au premier sous-ensemble pour son alimentation en énergie électrique, et un dispositif d'émission d'ions négatifs, ce dispositif d'épuration d'air constituant un bloc électronique d'accélération, focalisation, filtrage et ionisation de l'air et comportant des fils (3) émissifs d'électrons disposés coaxialement dans chaque cellule de la structure tubulaire créant, avec les fils, le champ électrique nécessaire à l'émission d'ions négatifs, électrofiltre caractérisé en ce qu'il comprend: - une structure tubulaire (2) constituée par l'assemblage de flasques identiques (5) en matière isolante, partiellement métallisés, reliée au sol par sa partie conductrice, chaque flasque étant constitué d'empreintes recto-verso de demi-cylindres et disposant de moyens de fixation (8), de moyens de positionnement (8) et (9), de moyens de tension mécanique (7) des fils et de moyens de connexion électrique (10) des fils (3) avec l'alimentation. - des fils émissifs (3) très fins reliés au pôle négatif de la source de très haute tension, disposant de moyens de liaison (6) entre eux et de moyens de positionnement, de fixation et de tension mécanique par rapport aux flasques de la structure tubulaire. - les extrémités des fils situés du côté où l'air sort épuré, sont terminés sous forme de pointes coaxiales à la cellule, et positionnés de sorte que l'air épuré soit ionisé. 2) Dispositif selon la revendication l caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation des fils (3) consistent en des moyens d'accrochage des fils (3) sur des armatures (6). 3) Dispositif selon la revendication l caractérisé en ce que lesdits moyens de positionnement des fils (3) font intervenir des plots (8) permettant le guidage à la surface des flasques (4) et/ou (5), des armatures (6) intégrant les fils (3). 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de positionnement des fils (3) font intervenir des encoches (9) recevant les plots (8), permettant le positionnement des armatures (6), donc le guidage des fils (3) coaxialement à chaque cellule de la structure (2). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de tension mécanique des fils (3) font intervenir des armatures (6) intégrant des ouvertures (7) en forme de ressort à lame, s'appuyant sur les plots (8). 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de tension mécanique des fils (3) font intervenir, à la surface des flasques (4) et (5), des languettes ressort formant des tendeurs ou extenseurs des fils (3). 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation électrique des fils (3) font intervenir un dispositif conducteur (1 O), fixé aux flasques (4) et/ou (5), s'appuyant sur les extrémités des armatures (6) garantissant le contact électrique de chaque fil (3) avec la source d'alimentation. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure tubulaire (2) est réalisée sur la base de cellules tubulaires cylindriques.