Brevet FR2841484A1 — publié le 20040102

La présente invention concerne un dispositif de filtration et de régénération de particules d'un milieu gazeux. Des applications non exclusives de ce dispositif sont: la filtration des gaz d'échappements de moteurs thermiques dont entre autres ceux des camions, tracteurs, bus, cars, voitures, motos, locomotives, bateaux, groupes électrogènes, avions, et l'ensemble des engins de chantiers, la filtration de l'air, des gaz et brouillards, pour se protéger de son admission ou de son extraction mais aussi pour assainir l'environnement. De très nombreux dispositifs et procédés de traitement des gaz d'échappement et de filtration de l'air, des gaz et des brouillards existent déjà. Les catalyseurs d'oxydation, les systèmes nécessitant de traverser une matière pour retenir les particules et les électrofiltres conservant les particules dans, ou sur, l'électrode collectrice, donnent tous des inconvénients tel que l'évolution des pertes de charges ou contre pression, des besoins de maintenances rapprochés et coteux, des consommables à remplacer, des additifs à utiliser pour régénérer à basses températures, des efficacités faibles pour cause de la très grande vitesse de passage du flux à traiter et en baisse au fur et à mesure du colmatage et des régénérations, des encombrements conséquents et bien d'autres encore. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte au moins une pluralité d'électrofiltres à effet couronne comportant: une enveloppe extérieure dimensionnée au besoin du flux à traiter, comprenant au moins une entrée et une sortie de ces mêmes flux, au moins un support des électrodes collectrices réalisé en une ou plusieurs plaques diélectrique et isolant thermique au moins un support des électrodes émissives, une pluralité d'électrodes collectrices, de quantité suffisante pour que la vitesse du flux à traiter soit suffisamment faible pour obtenir l'efficacité optimum, de forme tubulaire ouvertes aux deux extrémités, caractérisées en ce qu'elles soient alternativement électrodes collectrices et résistances chauffées à une température suffisante pour brler les particules collectées. une électrode émissive longitudinale au centre de chacune des électrodes collectrices. Grâce aux faits que le dispositif prévoit: que le flux à traiter ne traverse pas de matière, et donc ne crée pas ni n'altère les pertes de charge que la vitesse du flux au travers des électrodes est faible et proche d'un flux unidirectionnel et donc conserve une très grande efficacité, que les électrodes collectrices régénèrent les particules collectées sans qu'il soit besoin d'additif et d'énergie électrique importante grâce à la très faible vitesse du flux à traiter, qu'il ne soit besoin d'aucun consommable, que sa réalisation soit simple et ne fasse pas appel à des technologies coteuses, que l'efficacité de collecte des particules ne soit pas affectée par la température du flux à traiter, que son encombrement soit réduit, on apporte des solutions aux procédés et dispositifs proposés par le passé. Le dispositif selon l'invention permet de diminuer la vitesse de passage du flux d'air, de gaz et/ou de brouillard à traiter, et par ce fait d'augmenter l'efficacité d'électrofiltration et d'ionisation. De plus l'élévation séquentielle en température des électrodes collectrices permet l'incinération des particules collectées dans une zone ou la vitesse du flux à traiter est faible et donc peu altérable sur la consommation d'énergie pour cette opération avantageusement automatisée. Pour augmenter l'efficacité du dispositif, il peut avantageusement comporter un second ou plusieurs ensembles d'électrofiltres à régénération comparable au premier, placés après celui-ci. Avantageusement les électrodes émissives seront complétées de rayons perpendiculaires au sens du flux à traiter, et centrées sur celles-ci pour accroître la répulsion des particules vers les électrodes collectrices. Pour augmenter l'oxydation des gaz polluants, s'ils existent, le dispositif comporte de préférence un catalyseur d'oxydation en aval ou en amont du filtre. Son implantation en aval des électrofiltres permet d'éviter de l'obstruer avec les particules présentes en amont. Avantageusement le dispositif comprendra un pré filtre et/ ou filtre de finition mécanique pouvant bénéficier des effets browniens, à chocs, séparateurs de gouttelettes, dévésiculeurs, cyclonique ou tout autre apportant une amélioration de l'air, des gaz ou des brouillards à traiter. De préférence, chacun des composants du dispositif sera amovible. Pour accéder, changer ou nettoyer chacun des éléments composant le dispositif, une ou plusieurs portes ou trappes étanches au flux à traiter seront prévues Le dispositif de filtration et régénération des particules comprendra de préférence un atténuateur acoustique ou silencieux, principalement dans les cas de son utilisation sur moteurs thermiques. Des points de fixations seront prévus pour répondre aux besoins spécifiques d'implantation du dispositif Dans certain cas, particulièrement dans la filtration de l'air et/ou des brouillards huileux, le dispositif comprendra un moyen d'aspiration placé de préférence en aval de celui-ci. En préambule de la description des figures, on rappellera que les éléments influents de l'efficacité des électrofiltres du dispositif sont: la vitesse du flux à traiter qui devra être la plus basse possible (relation de Deutsch), une tension d'ionisation forte pour que la charge des particules soit la plus grande possible ce qui augmentera leur vitesse de migration vers l'électrode collectrice, un diamètre des électrodes collectrices faible pour que les particules les plus éloignées des électrodes émissives centrales soient les plus proches possibles de celle-ci. Les dessins annexés illustrent l'invention: la figure 1 représente, en coupe, le dispositif de l'invention. la figure 2 représente une vue frontale (côté entrée du flux à traiter) de I 'électrofiltre la figure 3 représente le détail d'un des éléments de l'électrofiltre la figure 4 représente le dispositif de l'invention conforme à un mode de réalisation préféré pour l'utilisation sur moteur thermique à combustion interne, ouvert sur sa partie haute. la figure 5 représente, en coupe, le dispositif de l'invention conforme à un mode de réalisation préféré pour l'utilisation sur la filtration de l'air ou de brouillards en ventilation générale. la figure 6 représente, en coupe, le dispositif de l'invention conforme à un mode préféré pour son utilisation en remplacement de filtres à air dit " Fins ", "T.H.E. " ou " Absolus ". En référence à ces dessins, le dispositif comporte un boîtier ou enveloppe (1), ouvert au moins en deux endroits pour permettre l'entrée (11) des gaz, de l'air et/ou des brouillards à traiter et la sortie (12) de ceux-ci une fois traités. Dans ce boîtier sont logés les électrofiltres qui comportent un support (2) des électrodes collectrices, de préférence isolant thermique et diélectrique. Ce support comporte une pluralité d'électrodes collectrices (4) appelées aussi anodes, tubulaires et métalliques, d'un diamètre le plus réduit possible, que nous conseillons de 15 à 35 mm, et d'une longueur que nous conseillons ne pas dépasser trois fois son diamètre. Ces électrodes sont reliées (13) à la masse (- sur batterie pour le courant continu) ou à la terre pour l'installation fonctionnant au courant alternatif. Ces mêmes électrodes sont aussi reliées par ce même câblage ou un autre à une production d'électricité (8) permettant de chauffer vers 600'C sur une séquence de quelques secondes une ou plusieurs électrodes collectrices dans l'intérêt de brler les particules qu'elles auront collectées. Cette opération se pratiquera successivement sur toutes les électrodes collectrices, et se renouvellera périodiquement soit en continu, soit par un contrôleur de temps (minuteur), soit par intervention volontaire. Ces électrofiltres comportent aussi un support (3) des électrodes émissives qui sera de préférence isolant diélectrique. Sur ce support qui sera placé de préférence derrière le support des électrodes collectrices, seront placées les électrodes émissives (5) métalliques de telle manière qu'elles rentrent au centre des tubes que forment les électrodes collectrices. De préférence elles seront pointues à leur extrémité côté entrée du flux à traiter, A ces électrodes émissives sera avantageusement fixé des rayons (6) pour repousser des particules qui auraient échappé à l'efficacité de la zone tubulaire. Ces électrodes émissives sont reliées par un câblage (14) fournissant la tension nécessaire au bon fonctionnement du filtre. Cette tension est produite (7) de préférence par un transformateur ou convertisseur donnant une haute tension stabilisée comprise entre 1 et 30 kV de préférence négatif, réglable et d'un ampérage le plus élevé possible. Des connections particulières seront prévues pour assembler le câblage des électrodes collectrices /régénératrices (9) et des électrodes émissives (10). Pour augmenter l'efficacité du procédé il pourra être installé un ou plusieurs ensembles (15) tel que décrit ci avant, derrière le premier ensemble électrofiltre (fig. 1). En entrée du flux à traiter, un déflecteur (16) dirigera avantageusement celui-ci vers des chambres (17) qui permettront d'obtenir une vitesse équivalente dans chacun des électrofiltres tubulaires. Cette vitesse ne devrait pas dépasser 3 mètres par seconde au travers de l'électrofiltre et de préférence sera inférieure à 2,5 mètres par seconde. Avantageusement, derrière les électrofiltres sera placé un atténuateur de bruit (18) ou silencieux, en particulier lorsque le filtre se substituera au silencieux d'un moteur thermique. Dans cette même application, il pourra être prévu un catalyseur d'oxydation des gaz (19) ou tout autre procédé permettant la réduction des polluants, que l'on placera de préférence après les électrofiltres. Avantageusement un pré filtre ( 20) à inertie pouvant bénéficier des effets browniens, à chocs, séparateurs de gouttelettes, dévésiculeurs*, cyclonique ou tout autre apportant une amélioration de l'air, des gaz ou des brouillards à traiter sera installé. Un filtre de finition (21) sera prévu pour augmenter et garantir l'efficacité du système. Au dispositif de la présente invention pourra être joint un système d'extraction ou d'admission du flux à traiter tel qu'un ventilateur (23) ou autres. Dans le dispositif pourront être prévu des systèmes de vidange (22) des matières collectées ou incinérées, telles que des huiles, de l'eau, des cendres ou autres. L'ensemble des composants, inscrits dans l'enveloppe ou le caisson formant l'entourage, sera avantageusement placé dans des glissières (23), guides ou tous autres systèmes permettant leur extraction et remise en place simple, rapide et étanche. Une ou plusieurs portes ou trappes (24) d'accès, de visites seront prévues entre autre pour procéder à des nettoyages des éléments composant la présente invention dans les cas ou l'accès pour un nettoyage de certain élément le nécessitera. * filtre dévésiculeur signifie: filtre qui sépare les gouttes et gouttelettes d'un milieu gazeux. REVENDICATIONS 1) Dispositif de filtration et régénération des particules dans l'air, les gaz ou les brouillards caractérisé en ce qu'il comporte: - des ensembles d'électrofiltres à effet couronne comportant: -une pluralité d'électrodes collectrices (4) tubulaires, qui deviennent résistances électriques périodiques positionnées sur un support (2) de résistance thermique et sont reliées (13) à la masse ou à la terre et à une production d'électricité permettant de les chauffer par une ou plusieurs à la fois, -une même pluralité d'électrodes émissives (5) que d'électrodes collectrices, (4), positionnées au centre de chacune des électrodes collectrices et fixées sur un support (3) isolant et/ou isolé de la masse pour le courant continu et de la terre pour le courant alternatif. 2) Dispositif de filtration et régénération selon la revendication 1, caractérisée en ce que les électrodes émissives sont dirigées dans le sens du flux à traiter (5), 3) Dispositif de filtration et régénération selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les électrodes émissives décrites ci avant sont complétées par des électrodes émissives perpendiculaires au flux à traiter en formant un ou plusieurs rayons (6) axés dans le prolongement des électrodes collectrices.. 4) Dispositif de filtration et régénération selon la revendication 1, caractérisée en ce que les supports des électrodes collectrices (2) sont diélectriques. ) Dispositif de filtration et régénération selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'ils comportent une enveloppe (1) ou boîtier. 6) Dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il comporte un second ou plusieurs autres électrofiltres régénérateurs (15). 7) Dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'il comporte un atténuateur de bruit ou silencieux (18). 8) Dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'il comporte un catalyseur d'oxydation des gaz (19). 9) Dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisée en ce qu'il comporte un moyen de vidange (22) des zones recevant des particules solides ou liquides. ) Dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'il comporte une porte, trappe ou couvercle (24) permettant l'accès, le nettoyage, l'enlèvement et la mise en place de chacun de ces composants. 11) Dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'il comporte un ou plusieurs pré filtres ( 20) à inertie pouvant bénéficier des effets browniens, à chocs, séparateurs de gouttelettes, dévésiculeurs, cyclonique ou tout autre apportant une amélioration de l'air, des gaz ou des brouillards à traiter. 12) Dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'il comporte un ou plusieurs filtres de finition (21) pouvant bénéficier des effets browniens, à chocs, séparateurs de gouttelettes, dévésiculeurs, cyclonique ou tout autre apportant une garantie et une augmentation de l'efficacité du procédé. 13) Dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'il comporte une entrée (11) du flux à traiter et une sortie (12) du flux traité. 14) Utilisation du dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour la filtration de gaz d'échappement d'un moteur thermique, automoteur ou non. ) Utilisation du dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour la filtration de l'air, des gaz et/ou des brouillards en extraction d'une zone chargée en particules. 16) Utilisation du dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour la filtration de l'air, des gaz et/ou des brouillards en admission d'une zone à protéger de ces polluants. 17) Utilisation du dispositif de filtration et régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour la filtration de l'air, des gaz et/ou des brouillards en régénération d'une zone chargée en particules.