Brevet FR2970188A1 — publié le 20120713

La présente invention concerne l'extraction d'un produit dispersé dans un milieu fluide par utilisation combinée d'un effet centrifuge et d'un effet électrostatique. On connaît des séparateurs de particules combinant les effets centrifuges et électrostatiques, par exemple ceux décrits dans les brevets WO 91/07230 ou FR 2937264 mais ces séparateurs comportent tous une électrode (cathode) centrale de faible diamètre disposée dans l'axe du tube interne du cyclone. Ce principe a pour inconvénients de présenter une surface cathodique relativement réduite qui n'optimise pas les transferts de charges électriques. D'autre part, compte tenu de la nécessité d'assurer un temps de séjour important des particules dans la zone à effet électrostatique, il est problématique de dimensionner la partie à effet cyclonique selon les méthodes connues pour obtenir en même temps une efficacité maximale de l'effet centrifuge. --- La présente invention consiste à utiliser la face externe du tube central comme cathode du séparateur électrostatique, la face interne du tube périphérique en étant alors l'anode. On peut ainsi dimensionner le cyclone proprement dit selon les méthodes connues afin d'optimiser les performances dues au seul effet centrifuge, tout en ayant une grande surface cathodique favorable à un accroissement maximum des transferts de charges électriques entre les électrodes et les particules. D'autre part, dans un appareil selon l'invention le tube cathode central, relié au générateur de haute tension est rendue mécaniquement solidaire du tube anode périphérique par l'intermédiaire d'une pièce spéciale, électriquement isolante, réalisée en métal revêtu d'un matériau isolant type PTFE ou en céramique si l'application traite des gaz à haute température, faisant office de guide et de support. Une telle conception permettant un centrage aisé de l'anode. Enfin, les particules de toutes dimensions étant collectées uniquement sur la face interne du tube périphérique, il est facile de décoller ces particules par frappage, vibrations ou tout autre moyen et de les recueillir dans une trémie placée à la base du cyclone. --- L'invention sera bien comprise à la lecture du descriptif qui suit et du dessin de la planche annexée illustrant à titre d'exemple non limitatif l'une des formes possibles de réalisation de l'invention. Sur le dessin de la planche unique, un séparateur selon l'invention est composé d'un tube externe périphérique (1) et d'un tube interne central (2), d'un conduit (3) par où les gaz à traiter sont admis tangentiellement à grande vitesse dans l'espace annulaire (4) constitué entre les deux tubes, d'un plénum (5) de collecte en sortie du tube central (2), relié au circuit d'évacuation des gaz épurés et d'une trémie inférieure (6) qui recueille les particules extraites de ces gaz. --- 2970188 -2 Le tube externe périphérique (1) est mis électriquement à la terre par un conducteur (7) tandis que le tube interne central (2) est connecté à un générateur de courant continu haute tension (8), une pièce guide rigide et électriquement isolante (9) relie mécaniquement les tubes (1) et (2) et la traversée de la paroi du plénum (5) par le câble haute tension se fait par 5 un presse étoupe isolant (10). La pièce (9) de liaison qui sert au maintien et au centrage du tube intérieur (2) ainsi qu'à l'isolement électrique entre le corps de l'appareil relié à la terre en (7) et le tube sous haute tension (2) est normalement réalisée en métal revêtu d'un matériau isolant type PTFE (polytétrafluoroéthylène) pour les applications courantes maïs elle peut être en céramique ou autre matériau approprié si les gaz à traiter sont à une 10 température supérieure à 250°. --- Durant leur parcours hélicoïdal dans l'espace (4) entre les deux tubes concentriques (1) et (2), les particules les plus lourdes sont plaquées par la force centrifuge sur la paroi interne du tube périphérique (1), elles échappent au flux gazeux lorsque celui-ci s'inverse pour pénétrer dans le tube central (2) et tombent dans la trémie inférieure (6). En même temps le 15 tube central (2) alimenté en courant continu haute tension constitue la cathode d'un système électrique qui produit un effet "couronne" ionisant les particules les plus fines, peu sensibles à l'effet centrifuge, présentes dans le flux gazeux. Le tube périphérique (1) relié à la terre par le conducteur (7) fait fonction d'anode et attire vers lui les fines particules ionisées qui viennent se déposer sur sa face interne. La trajectoire des particules à ioniser étant 20 hélicoïdale et non rectiligne, le temps de séjour dans cette zone est suffisant pour un bon transfert des charges électriques. --- Pour faciliter la création de l'effet couronne on peut avantageusement ajouter sur la face externe du tube central (2) des éléments saillants (11) dont la forme et l'orientation sont telles qu'elles ne contrarient pas l'écoulement hélicoïdal du flux gazeux dans l'espace (4). 25 L'une des formes et disposition préférentielles de ces éléments saillants étant des plats sensiblement triangulaires, soudés sur le tube (2) selon le trajet hélicoïdal des gaz et dont les surfaces sont parallèles au sens de circulation du flux gazeux mais ils peuvent également être en forme d'hélice continue ou discontinue, de pales ou de pointes. --- Les particules les plus lourdes tombent d'elles mêmes par gravité dans la trémie inférieure 30 (6) mais les fines particules ionisées recueillies sur la paroi interne du tube (1) doivent être périodiquement décollées par des moyens (12) engendrant des chocs, des vibrations ou toute autre action appropriée. Pendant ces opérations périodiques la circulation du flux gazeux est interrompue dans l'élément en cours de nettoyage. Une petite quantité de particules ionisées sera entraînée en aval du tube interne (2) et peut se déposer dans le plénum (5) ou le circuit d'évacuation des gaz, c'est pourquoi des moyens tels que des buses à air comprimé (13) peuvent être prévus dans le plénum et le circuit aval pour décoller et évacuer les particules qui s'y déposeraient éventuellement. --- La présente invention dont la description qui précède est donnée à titre d'exemple non limitatif trouve principalement ses applications dans le domaine du dépoussiérage et de l'épuration des effluents gazeux de toutes natures, en particulier pour l'épuration des fumées de combustion de biomasse, des gaz de pyrolyse, etc, ainsi que pour la classification des poudres dans les industries chimiques et agro-alimentaires. REVENDICATIONS1) Séparateur de particules combinant les effets centrifuges et électrostatiques composé d'un tube externe périphérique (1) et d'un tube interne central (2), dont le dimensionnement général se fait selon les méthodes connues pour optimiser un cyclone standard, caractérisé par le fait que le tube interne central (2) est relié à un générateur de courant continu à haute tension (8) et le tube externe périphérique (1) est mis à la terre (7), la liaison mécanique entre les tubes (1) et (2) étant assurée par une pièce guide rigide (9) électriquement isolante, l'ensemble constituant un système électrique produisant un effet "couronne" d'ionisation des fines particules circulant dans l'espace annulaire (4) constitué entre les deux tubes (1) et (2). 2) Séparateur de particules combinant les effets centrifuges et électrostatiques selon la première revendication, caractérisé par le fait que la pièce (9) qui sert à la fois au maintien et au centrage du tube intérieur (2) ainsi qu'à l'isolement électrique entre le corps de l'appareil relié à la terre en (7) et le tube interne (2) sous haute tension est réalisée soit en métal revêtu d'un matériau isolant type PTFE, soit en céramique si l'application traite des gaz de température supérieure à 250°. 3) Séparateur de particules combinant les effets centrifuges et électrostatiques, selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que l'on peut ajouter sur la face externe du tube central (2) des éléments saillants (11) dont la forme et la disposition sont telles qu'ils ne contrarient pas l'écoulement hélicoïdal du flux gazeux dans l'espace (4). 4) Séparateur de particules combinant les effets centrifuges et électrostatiques selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que les éléments saillants (11) peuvent être des plats triangulaires dont les surfaces sont parallèles au sens de circulation du flux gazeux mais également être en forme d'hélice, de pales ou de pointes. 5) Séparateur de particules combinant les effets centrifuges et électrostatiques selon la première revendication, caractérisé par le fait que des moyens tels que des buses à air comprimé (13) peuvent être prévus dans le plénum (5) de collecte des gaz et dans le circuit aval pour décoller et évacuer les particules qui s'y déposeraient éventuellement