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L'invention se rapporte à un épurateur électrostatique dont la zone de charge est distincte de la zone de séparation constituée'par'des'électrodes la- mellaires présentant des polarités opposées;, épurateur caractérisé en ce que celle au moins des électrodes de même polarité de la zone de séparation, possède les propriétés d'une couche semi-conductrice homogène en porte-à-faux et d'une résistance superficielle spécifique d'au moins 106 ohms, et que les conducteurs métalliques d'amenée du courant aboutissant chacun à un borel de chacune-desdités électrodes étant disposés à une distance telle des parties conductrices métalli- ques des électrodes de polarité opposée, qu'il ne se produise pas d'arc de dé- charge entre les parties conductrices métalliques de polarités opposées,
même pour la valeur maximum de la tension appliquée.
On-entend par résistance superficielle spécifique un paramètre qui, dans le cas d'une électrode plate rectangulaire, donne la valeur de la résistance totale de celle-ci lorsqu'il est multiplié par la longueur de cette plaque (la dimension suivant la direction du courant électrique) et divisé par sa largeur (la dimension perpendiculaire à la direction du courant électrique). La structure en couche de l'électrode de même que son épaisseur n'ont pas à être particuliè- rement prises en considération dans l'évaluation en question, et, au contraire, elles sont comprises dans l'expression "résistance 'superficielle spécifique". Par opposition à la résistivité d'une matière qui est le'produit d'une résistance par une longueur (ohm x cm) ladite résistance superficielle spécifique à la dimension d'une résistance (ohm).
On sait que les épurateurs électrostatiques fonctionnent de façon à. charger électriquement les particules à séparer d'un gaz puis à les dévier de la direction du courant gazeux dans un champ électrique et enfin à les séparer par dépôt sur les électrodes produisant ce champ. Jusqu'à présent, il était courant de réaliser lesdites électrodes séparatrices en un matériau bon conducteur de l'électricité, et plus paticulièrement en métal.
L'inconvénient d'électrodes séparatrices d'un tel type est toutefois de nécessiter le maintien de l'intensité du champ entre lesdites électrodes nettement au-dessous de l'intensité disruptive, car, s'il en était autrement, de petites irrégularités de la surface des électro- des, qui peuvent résulter, par exemple, de défauts de fabrication ou de parti- cules qui ont déjà été séparées, pourraient provoquer très facilement des efflu- ves ou des arcs, par suite de l'intensité excessive du champ en question en ces endroits.
Etant donné que l'on ne peut pas se garantir contre la suppression ab- solue du risque d'amorçage d'arc,même pour des intensités de champ relativement petites, les épurateurs en question ne conviennent pas à l'épuration de gaz combustibles ou explosifs, même en faisant abstraction du fait que de tels arcs provoquent, déjà dans des installations normales, des interruptions indésirables de la séparation, car, au cours de chaque arc, le système séparateur entier se décharge
L'invention est basée essentiellement sur le fait que les intensités de courant apparaissant par décharge non-visible dite de Townsend dans le volume d'air compris entre les électrodes, est de lordre de 10-6 A/m2 et que des courants d'intensité si petite peuvent traverser une électrode lamellaire d'une résisti- vité supérficielle allant de 106 à 199 ohms,
sans y produire de chute de tension appréciable. Quand on utilise une telle électrode et que l'on veille, naturelle- ment, à ce que les points de jonction des conducteurs métalliques du courant aux électrodes ainsi que les zones avoisinantes ne puissent donner lieu à des per- turbations, il ne peut absolument pas se produire d'arc ni de.décharge gazeuse susceptible de donner naissance à une étincelle au cours de la séparation des. poussières ou d'aérosols de particules solides nonconducteurs, car le courant en question ne peut atteindre une intensité suffisante par suite de l'étrangle- ment dans la résistance de ladite électrode.
La nouvelle construction d'électrode assure donc la stabilisation de ladite décharge invisible de Townsend, ét il est alors possible d'introduire des gaz combustibles et explosifs dans l'épurateur et de les débarrasser, par voie électrique, des poussières en suspension aérienne
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non conductrices, sans encourir de danger..
La stabilisation de la décharge de Townsend non visible présente trois avantages essentiels qui sont d'une grande importance pratique du point de vue de l'efficacité et dé la sécurité de fonctionnement de réparateur électrostati- que. En premier lieu les aérosols de particules solides et les poussières peu- vent être extraites du gaz à épurer avec l'intensité de champ de rupture, la plus grande, possible applicable à celui-ci, de sorte que le taux de séparation . maximum possible est-obtenu pour une durée de fonctionnement prolongée, sans qu' il soit pouxcela nécessaire de construire avec précision le système de sépara- tion à électrodes ni de stabiliser la tension qui leur est appliquée au moyen de- régulateurs de tension spéciaux.
En second lieu, étant donné la résistance élevée de l'électrode lamellaire et de la pellicule qui la recouvre, l'intensité de champ dans la zone de séparation est encore maintenue au-dessous de la valeur limite disruptive, lorsque la tension entre les fils d'amenée du courant fluctua, en même temps que la tension du réseau d'alimentation; de + 20% ou davantage, de sorte que l'incorporation d'un régulateur de tension dans la source d'alimen- tation en courant peut être ainsi évitée. En troisièmé lieu, il ne peut pâmais se produire d'étincelle susceptible d'amorcer un arc, même lorsqu'il se produit par déformation mécanique de l'électrode lamellaire ou de toute autre façon, un passage conducteur en un endroit quelconque, entre deux électrodes voisines.
L'électrode en question peut être très avantageusement constituée par du verre rendu semi-conducteur ou par une matière synthétique transparente rendue semi-conductrice. Bans ce cas, on peut en effet déterminer simplement le degré d' encrassement de l'épurateur, par exemple, par une mesure de la lumière incidente.
De plus, la matière 'séparée peut être, par exemple, enlevée au moyen d'un liquide de lavage, dont, en particulier, ah acide, et soumise ensuite à une analyse chi- mique .
Afin d'obtenir une répartition régulière du courant de décharge de
Townsend lors de défaut d'uniformité dans les écartements des électrodes, lors- que celles-ci sont grandes, il est particulièrement avantageux de réaliser 1' électrode essentiellement en une matière d'une résistivité de 1010 à 1014 ohms cm, dans laquelle'est incluse au moins une couche d'une matière conductrice de l'électricité présentant une résistivité très réduite cette couche étant reliée au fil de connexion de telle sorte que la résistance spécifique superficielle de l'électrode considéré en bloc soit d'au moins 10 ohms. Quand ladite couche in- cluse est, en outre transparentes elle ne constitue pas un obstacle à la mesure dudit degré d'encrassement.
On a déjà proposé, afin d'éviter l'amorçage d'arcs, de revêtir les électrodes métalliques d'un épurateur d'une souche de matière isolante d'une rigidité diélectrique élevée et à résistance élevée mais on n'a pas encore obte- nu ainsi de garantie totale contre le risque d'amorçage d'arcs, parce que cette coudhe isolante, tout en présentant une résistance élevée, est soumise à des dé- charges disruptives et que déjà une légère altération mécanique peut conduire à un claquage.
Par contre, avec l'électrode selon l'invention, la densité de cola- tant ne peut atteindre nulle part la valeur nécessaire pour provoquer l'amorçage d'un arc, car elle est limitée par la résistance superficielle de la couche con- stituant cette électrode et par la résistance de cete dernière.
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On a déjà employé également dans des épurateurs électrostatiques à électrodes centrales à effluve des électrodes de condensation en verre ou en cé- ramique, lorsqu'il s'agissait, de condenser des brouillards l'acides ne devant pas attaquer lesdites électrodes de condensation. Dans ce cas, il se forme, avec le vent d'ions, sur les. électrodes non-conductrices au départ, un film adhérent cons- titué par un électrolyte qui rend ces électrodes faiblement résistantes. Avec de tels dispositifs, on ne pouvait, cependant, séparer que les gouttelettes conduc- trices des gaz traversant ces dispositifs, pendant leur fonctionnement prolongé, et sans obtenir la stàbilisation décrite ci-dessus, à l'égard de la formation
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d'étincelles ou des oscillations de tension du réseau.
A cela, il faut ajouter qu'avec de tels dispositifs, on est exposé à tous les incidents imaginables en fonction de la nature même de la matière qui se dépose, sans possibilités.,-de contrôle. Par contre, l'électrode selon l'invention présente des propriétés élec- triques et physiques réglables et mesurables, exactement définies, grâce auxquel- les on est assuré de la stabilisation du champ électrique dans un système à élec- trodes de séparation non altéré à l'égard de décharges par effluves ou étincelles, ou de variation de tension du réseau d'alimentation.
Il suffit, pour stabiliser l'effet de décharge de Townsend, que l'une au moins des deux électrodes de polarités différentes présente une résistance spécifique superficielle de 106 ohms au moins.
Ainsi qu'il a déjà été mentionné, on doit apporter un soin tout par- ticulier à la disposition des jonctions des fils d'amenée du courant aux électro- des de telle façon, qu'il ne risque pas de se produire dans leur voisinage immédiat, des décharges gazeuses susceptibles d'amorcer des arcs. A cet effet, l'électrode semi-conductrice en question peut avantageusement... comporter une partie extérieure à l'espace de séparation d'une longueur telle que ses jonctions avec les conduc- teurs d'amenée du courant, à l'extérieur du champ séparateur, présentent un écar- tement de sécurité suffisant vis-à-vis des parties conductrices métalliques des électrodes de polarité opposée.
De cette façon, on est également sûr que les densité de courant dans les: parties de l'espace de séparation voisines de cette jonction ne seront pas trop élevées par suite de la résistance suffisamment gran- de intercalée.
Une telle garantie de sécurité est toutefois obtenue également si les conducteurs d'amenée du courant aux deux électrodes de polarité opposée et d'une résistance spécifique superficielle de 106 ohms au moins sont connectées à des zones marginales opposées de ces électrodes.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la descrip- tion suivante, en référence au dessin annexé, sur lequel :
La figure 1 représente un système d'électrodes de séparateur dont l'une est réalisée selon l'invention;
La figure 2 représente un système analogue d'électrodes qui sont toutes réalisées selon l'invention.
Le système d'électrodes de la figure 1 est constitué par les deux électrodes extérieures 1 et 2 qui sont portées au mime potentiel. Entre celles-ci se trouve une électrode intermédiaire 3 qui est reliée à ces électrodes par 1' intermédiaire d'un générateur 4 de tension continue, de sorte qu'un champ électri- que intense règne dans les zones 5 délimitées par les deux ensembles d'électrodes en question et par les sections A et B. Si maintenant le gaz à purifier est in- troduit dans lesdites zones 5 suivant le sens des flèches, les particules en- traînées parle courant gazeux, qui sont-chargées électriquement, d'en séparent pour se déposer sur les électrodes.
Etant donné que ledites particules ne présentent de préférence qu'une seule polarité, leur séparation s'effectue en général par dépôt sur l'une des deux électrodes.
Dans cet exemple de réalisation, les électrodes 1 et 2 doivent être métalliques tandis que l'électrode 3 doit,par contre;, être faite en verre'ou en matière synthétique. On sait que le verre présente une résistivité de l'ordre de 80 1011 à 3.1014 ohms.cm. Ainsi, on peut fabriquer sans difficultés, des électro- 'des lamellaires qui présentent une résistance spécifique superficielle de 10 ohms au moins.
Cependant, afin d'éviter que la chte de tension dans l'électrode 3 ne devienne trop élevée, on inclut une couche 6 très résistante, telle que, par exemple, une mince couche métallique transparente ou une couche semi-conductrice.
La dite couche est reliée dans la portion d'électrode 10 située à l'extérieur du
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champ de séparation, par l'intermédiaire d'une couche conductrice 13 en métal au conducteur 7 venant du générateur de courant 4, tandis que les électrodes métal- liques 11 et 12 sont reliées à la seconde borne de ce générateur 4 par les con- ducteurs 8 et 9, du côté de l'admission du gaz.
Lorsque toutes les électrodes sont constituées par du verre conte- nant une couche incluse métallique ou semi-conductrice, tilanspadèntee on peut mesurer le degré d'encrassement de l'appareil le cas échéant au moyen d'une source lumineuse, de l'extérieur, sans difficulté. Un tel dispositif est représenté à la figure 2. Chacune des électrodes 14,15 et 16 satisfait à la condition spé- cifiée par l'invention, c'est-à-dire qu'elle présente une résistance spécifique superficielle de 10 ohms au moins. Chacune de ces électrodes contient une couche
17 qui est faite en une matière relativement plus conductrice que la matière con- stituant la partie restante de l'électrode. Les fils de connexion 19,20 et 21 relient le générateur 18 de tension aux bandes conductrices métalliques 22,23 et
24.
Dans le cas présent, la jonction des fils de connexion à des bords opposés des électrodes de polarité différente est réalisée de telle façon que la résis- tance globale soit sensiblement la même en chaque endroit pour les courants traversant les champs électriques, résistance qui résulte donc essentiellement des résistances,,. individuelles des deux portions d'électrodes traversées par le courant.
On peut fabriquer les{électrodes 13, 14 , 15 et 16 à partir d'une seule couche fortement résistante en une matière semi-conductrice ayant une ré- sistance spécifique appropriée. Du chlorure de polyvinyle ayant une certaine teneur pondérale en'suie ou en graphite, peut convenir, par exemple, à cet effet.
Evidemment, on peut également assembler en un seul bloc plus de deux électrodes de même polarité, de façon à obtenir une surface de séparation aussi grande que possible. Les électrodes lamellaires en question peuvent avoir une for- me arbitraire qui peut être non seulement plane, mais également cylindrique, conique ,etc...
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The invention relates to an electrostatic purifier, the charge zone of which is distinct from the separation zone consisting of lamellar electrodes having opposite polarities ;, purifier characterized in that at least that of the electrodes of the same polarity of the separation zone, has the properties of a homogeneous cantilevered semiconductor layer and a specific surface resistance of at least 106 ohms, and that the metallic current supply conductors each leading to a borel of each of said electrodes being arranged at such a distance from the metallic conductive parts of the electrodes of opposite polarity, that no discharge arc occurs between the metallic conductive parts of opposite polarities,
even for the maximum value of the applied voltage.
By specific surface resistance is meant a parameter which, in the case of a rectangular flat electrode, gives the value of the total resistance of the latter when it is multiplied by the length of this plate (the dimension following the direction of the electric current) and divided by its width (the dimension perpendicular to the direction of the electric current). The layer structure of the electrode as well as its thickness need not be particularly considered in the evaluation in question, and, on the contrary, they are included in the term "specific surface resistance". . As opposed to the resistivity of a material which is the product of a resistance by a length (ohm x cm) said specific surface resistance at the dimension of a resistance (ohm).
It is known that electrostatic scrubbers work in this way. electrically charge the particles to be separated from a gas then to deflect them from the direction of the gas current in an electric field and finally to separate them by deposition on the electrodes producing this field. Until now, it was common practice to produce said separating electrodes in a material which is a good conductor of electricity, and more particularly in metal.
The drawback of separating electrodes of such a type is, however, that it necessitates maintaining the intensity of the field between said electrodes clearly below the breakdown intensity, since, if it were otherwise, small irregularities of the surface of the electrodes, which may result, for example, from manufacturing defects or from particles which have already been separated, could very easily cause effluent or arcs, due to the excessive intensity of the field in question in these places.
Since it is not possible to guarantee against the complete elimination of the risk of arcing, even at relatively small field strengths, the scrubbers in question are not suitable for the scrubbing of combustible gases or explosives, even disregarding the fact that such arcs cause, already in normal installations, undesirable interruptions of separation, because during each arc the entire separator system is discharged
The invention is based essentially on the fact that the current intensities appearing by non-visible so-called Townsend discharge in the volume of air between the electrodes, is of the order of 10-6 A / m2 and that currents of intensity so small can pass through a lamellar electrode with a superficial resistivity ranging from 106 to 199 ohms,
without producing any appreciable voltage drop. When such an electrode is used and one takes care, of course, that the junction points of the metal conductors of the current to the electrodes as well as the neighboring areas cannot give rise to disturbances, it cannot absolutely no arcing or gas discharge capable of generating a spark occur during separation of the. dust or aerosols of non-conductive solid particles, since the current in question cannot reach a sufficient intensity as a result of the constriction in the resistance of said electrode.
The new electrode construction therefore ensures the stabilization of said invisible Townsend discharge, and it is then possible to introduce combustible and explosive gases into the scrubber and electrically rid them of airborne dust.
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non-conductive, without incurring any danger.
The stabilization of the invisible Townsend discharge has three essential advantages which are of great practical importance from the point of view of the efficiency and the operational safety of the electrostatic repairer. In the first place the aerosols of solid particles and the dust can be extracted from the gas to be purified with the greatest possible rupture field intensity applicable to it, so that the separation rate. The maximum possible is obtained for a prolonged period of operation, without it being necessary to precisely construct the electrode separation system or to stabilize the voltage applied to them by means of special voltage regulators.
Second, given the high resistance of the lamellar electrode and the film covering it, the field strength in the separation zone is still kept below the cut-off limit value, when the voltage between the wires current input fluctuated at the same time as the voltage of the power supply network; by + 20% or more, so that the incorporation of a voltage regulator in the current supply source can be avoided. Thirdly, there cannot be any spark capable of starting an arc, even when it occurs by mechanical deformation of the lamellar electrode or in any other way, a conductive passage in any place, between two neighboring electrodes.
The electrode in question can be very advantageously formed by glass made semiconductor or by a transparent synthetic material made semiconductor. In this case, one can in fact simply determine the degree of fouling of the scrubber, for example, by measuring the incident light.
In addition, the separated material can be, for example, removed by means of washing liquid, in particular acidic, and then subjected to chemical analysis.
In order to obtain an even distribution of the discharge current of
Townsend when there is a lack of uniformity in the electrode gaps, when the electrodes are large, it is particularly advantageous to make the electrode essentially of a material with a resistivity of 1010 to 1014 ohm cm, in which it is included at least one layer of an electrically conductive material having a very reduced resistivity, this layer being connected to the connection wire so that the surface specific resistance of the electrode considered as a block is at least 10 ohms. When said included layer is further transparent, it does not constitute an obstacle to measuring said degree of soiling.
It has already been proposed, in order to avoid the initiation of arcs, to coat the metal electrodes of a scrubber with a strain of insulating material of high dielectric strength and high resistance, but it has not yet been obtained. - There is thus no total guarantee against the risk of starting arcs, because this insulating elbow, while having a high resistance, is subjected to disruptive discharges and already a slight mechanical alteration can lead to a breakdown.
On the other hand, with the electrode according to the invention, the colant density can nowhere reach the value necessary to cause the initiation of an arc, since it is limited by the surface resistance of the constituent layer. this electrode and by the resistance of the latter.
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Condensing electrodes made of glass or of ceramic have already been used in electrostatic cleaners with central corona electrodes, when it comes to condensing mists of acids which should not attack said condensation electrodes. In this case, it forms, with the ion wind, on them. non-conductive electrodes at the start, an adherent film made up of an electrolyte which makes these electrodes weakly resistant. With such devices, however, it was only possible to separate the conductive droplets from the gases passing through these devices, during their prolonged operation, and without obtaining the stabilization described above, with respect to the formation.
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sparks or mains voltage oscillations.
To this, we must add that with such devices, we are exposed to all conceivable incidents depending on the very nature of the material that is deposited, without possibilities., - control. On the other hand, the electrode according to the invention has electric and physical properties which can be adjusted and measured, which are exactly defined, thanks to which the stabilization of the electric field is ensured in a system of separation electrodes which is not altered at with regard to discharges by corona or sparks, or voltage variation of the supply network.
In order to stabilize the Townsend discharge effect, it suffices for at least one of the two electrodes of different polarities to have a specific surface resistance of at least 106 ohms.
As has already been mentioned, special care must be taken in the arrangement of the junctions of the wires for supplying the current to the electrodes in such a way that there is no risk of them occurring in their vicinity. immediate gas discharges liable to initiate arcs. To this end, the semiconductor electrode in question can advantageously ... comprise a part outside the separation space of a length such that its junctions with the current supply conductors, on the outside. of the separating field, have a sufficient safety distance vis-à-vis the metallic conductive parts of the electrodes of opposite polarity.
In this way, it is also certain that the current densities in the parts of the separation space adjacent to this junction will not be too high as a result of the sufficiently large resistance interposed.
Such a guarantee of safety is however also obtained if the conductors for supplying the current to the two electrodes of opposite polarity and of a specific surface resistance of at least 106 ohms are connected to opposite marginal zones of these electrodes.
Other characteristics of the invention will emerge from the following description, with reference to the appended drawing, in which:
FIG. 1 represents a system of separator electrodes, one of which is produced according to the invention;
FIG. 2 shows a similar system of electrodes which are all made according to the invention.
The system of electrodes in FIG. 1 consists of the two outer electrodes 1 and 2 which are brought to the same potential. Between these is an intermediate electrode 3 which is connected to these electrodes by means of a direct voltage generator 4, so that an intense electric field prevails in the zones 5 delimited by the two sets of dots. 'electrodes in question and through sections A and B. If now the gas to be purified is introduced into said zones 5 in the direction of the arrows, the particles entrained by the gas current, which are electrically charged, thereby. separate to be deposited on the electrodes.
Since said particles preferably have only one polarity, their separation is generally carried out by deposition on one of the two electrodes.
In this exemplary embodiment, the electrodes 1 and 2 must be metallic while the electrode 3 must, on the other hand, be made of glass or of synthetic material. We know that glass has a resistivity of the order of 80 1011 to 3.1014 ohms.cm. Thus, lamellar electrodes which have a specific surface resistance of at least 10 ohms can be produced without difficulty.
However, in order to prevent the voltage drop in the electrode 3 from becoming too high, a very strong layer 6 is included, such as, for example, a thin transparent metal layer or a semiconductor layer.
Said layer is connected in the electrode portion 10 located outside the
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separation field, via a conductive metal layer 13 to the conductor 7 coming from the current generator 4, while the metal electrodes 11 and 12 are connected to the second terminal of this generator 4 by the con- ductors 8 and 9, on the gas inlet side.
When all the electrodes are made of glass containing an embedded metallic or semiconductor layer, the degree of contamination of the device can be measured, if necessary, by means of a light source, from the outside, without difficulty. Such a device is represented in FIG. 2. Each of the electrodes 14, 15 and 16 satisfies the condition specified by the invention, that is to say that it has a specific surface resistance of at least 10 ohms. . Each of these electrodes contains a layer
17 which is made of a material which is relatively more conductive than the material constituting the remaining part of the electrode. The connection wires 19,20 and 21 connect the voltage generator 18 to the metallic conductive strips 22,23 and
24.
In the present case, the junction of the connecting wires at opposite edges of the electrodes of different polarity is achieved in such a way that the overall resistance is substantially the same at each location for the currents passing through the electric fields, which resistance therefore results. essentially resistances ,,. individual portions of the two electrode portions through which the current passes.
Electrodes 13, 14, 15 and 16 can be fabricated from a single high strength layer of a semiconductor material having a suitable specific resistance. Polyvinyl chloride having a certain content by weight of siss or graphite may be suitable, for example, for this purpose.
Obviously, it is also possible to assemble in a single block more than two electrodes of the same polarity, so as to obtain as large a separation surface as possible. The lamellar electrodes in question may have an arbitrary shape which may be not only planar, but also cylindrical, conical, etc.