EP1527261A1 - Filtration electrostatique et transformation de particules des milieux gazeux - Google Patents
Filtration electrostatique et transformation de particules des milieux gazeuxInfo
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Definitions
- the present invention relates to a device for filtering and regenerating particles from a gaseous medium.
- Non-exclusive applications of this device are: filtration of exhaust gases from heat engines including, among others, 5 from trucks, tractors, buses, cars, cars, motorcycles, locomotives, boats, generator sets, planes, and all construction equipment, filtration of air, gases and mists, to protect itself from its admission or its extraction but also to clean up the environment. Numerous devices and methods for treating exhaust gases and for filtering air, gases and mists already exist.
- the oxidation catalysts all give disadvantages such as the evolution of the pressure drops or against pressure, close and costly maintenance needs, consumables to be replaced, additives to be used to regenerate at low temperatures, low efficiencies due to the very high speed of passage of the flux to be treated and decreasing as the clogging occurs and regenerations, consequent congestion and many others still.
- the device according to the invention overcomes these drawbacks. It comprises at least a plurality of crown effect electrostatic precipitators comprising: 20. an outer casing sized as required for the flux to be treated, comprising at least one inlet and one outlet for these same fluxes, at least one support for the collecting electrodes produced in one or more dielectric plates and thermal insulation at least one support for the emissive electrodes, 25 . a plurality of collecting electrodes, of a quantity sufficient for the speed of the flow to be treated to be sufficiently low to obtain optimum efficiency, of tubular shape open at both ends, characterized in that they are alternately collecting electrodes and resistors heated to a temperature sufficient to burn the collected particles. 30 . a longitudinal emissive electrode in the center of each of the collecting electrodes.
- the device provides: that the flow to be treated does not pass through any material, and therefore does not create or alter the pressure drops that the speed of flow through the electrodes is low and close to a unidirectional flow and therefore retains a very high efficiency, that the collecting electrodes regenerate the particles collected without the need for any additive and significant electrical energy thanks to at the very low speed of the flow to be treated, that there is no need for any consumable, that its production is simple and does not require expensive technologies, that the efficiency of particle collection is not affected by the temperature of the flow to be treated, that its size is reduced, solutions are provided to the methods and devices proposed in the past.
- the device according to the invention makes it possible to reduce the speed of passage of the flow of air, gas and or mist to be treated, and thereby to increase the efficiency of electrofiltration and ionization.
- the sequential rise in temperature of the collecting electrodes allows the incineration of the particles collected in an area where the speed of the flow to be treated is low and therefore not very detrimental to the energy consumption for this advantageously automated operation.
- the emissive electrodes will be supplemented with rays perpendicular to the direction of the flow to be treated, and centered thereon to increase the repulsion of the particles towards the collecting electrodes.
- the device preferably comprises an oxidation catalyst downstream or upstream of the filter. Its location downstream of the electrostatic filters avoids obstructing it with the particles present upstream.
- the device will include a pre-filter and / or mechanical finishing filter which can benefit from Brownian, shock, droplet separator, demister, cyclonic or any other effect providing improvement in the air, gases or mists to be treated.
- each of the components of the device will be removable.
- the particle filtration and regeneration device will preferably include an acoustic or silent attenuator, mainly in the case of its use on heat engines.
- Fixing points will be provided to meet the specific needs for setting up the device.
- the device will include a suction means preferably placed downstream of it.
- the elements influencing the efficiency of the electrostatic filters of the device are: the speed of the flux to be treated which should be as low as possible (Deutsch relation), a strong ionization voltage for that the charge of the particles is as large as possible which will increase their speed of migration towards the collecting electrode, a diameter of the collecting electrodes small so that the particles furthest from the central emissive electrodes are as close as possible to the latter.
- FIG. 1 represents, in section, the device of the invention
- FIG. 2 represents a front view (inlet side of the flow to be treated) of the electrofilter
- FIG. 3 represents the detail of one of the elements of the electrostatic filter
- FIG. 4 represents the device of the invention according to a preferred embodiment for use on an internal combustion thermal engine, open on its upper part.
- 5 shows, in section, the device of the invention according to a preferred embodiment for the use on air filtration or mists in general ventilation.
- Figure 6 shows, in section, the device of the invention according to a preferred embodiment for its use as a replacement for air filters called "Fine", "THE” or “Absolute”.
- the device comprises a housing or envelope (1), open at least in two places to allow the inlet (11) of the gases, air and / or mists to be treated and the outlet (12 ) of these once processed.
- the electrostatic precipitators which comprise a support (2) for the collecting electrodes, preferably thermal and dielectric insulator.
- This support comprises a plurality of collecting electrodes (4) also called anodes, tabular and metallic, with the smallest possible diameter, which we recommend from 15 to 35 mm, and with a length which we recommend not exceeding three. times its diameter.
- These electrodes are connected (13) to earth (- on battery for direct current) or to earth for the installation operating on alternating current.
- These same electrodes are also connected by this same wiring or another to a production of electricity (8) making it possible to heat to around 600 ° C. over a sequence of a few seconds one or more collecting electrodes in the interest of burning the particles that they will have collected. This operation will be carried out successively on all the collecting electrodes, and will be renewed periodically either continuously, or by a time controller (timer), or by voluntary intervention.
- These electrostatic precipitators also include a support (3) for the emissive electrodes which will preferably be dielectric insulator.
- the emissive electrodes (5) of metal will be placed in such a way that they enter the center of the tubes that form the collecting electrodes. Preferably they will be pointed at their end on the inlet side of the flow to be treated.
- To these emissive electrodes will advantageously be fixed spokes (6) to repel particles which would have escaped the effectiveness of the tabular zone.
- These emissive electrodes are connected by a wiring (14) providing the voltage necessary for the proper functioning of the filter. This voltage is produced (7) preferably by a transformer or converter giving a stabilized high voltage between 1 and 30 kV, preferably negative, adjustable and with the highest possible amperage.
- one or more assemblies may be installed as described above, behind the first electrostatic precipitator assembly (fig. 1).
- a deflector (16) will advantageously direct it towards chambers (17) which will make it possible to obtain an equivalent speed in each of the tabular electrostatic precipitators. This speed should not exceed 3 meters per second through the electrostatic precipitator and preferably will be less than 2.5 meters per second.
- a noise attenuator (18) or silencer behind the electrostatic filters will be placed a noise attenuator (18) or silencer, in particular when the filter replaces the silencer of a heat engine.
- a gas oxidation catalyst (19) or any other process allowing the reduction of pollutants, which may preferably be placed after the electrostatic filters, may be provided.
- an inertia pre-filter (20) which can benefit from Brownian, shock, droplet separator, demister *, cyclonic or any other effect providing improvement in the air, gases or mists to be treated will be installed.
- a finishing filter (21) will be provided to increase and guarantee the efficiency of the system.
- a system for extracting or admitting the flow to be treated such as a fan (23) or the like.
- drain systems (22) of the collected or incinerated materials such as oils, water, ash or the like.
- demister filter means filter which separates the drops and droplets from a gaseous medium.
Abstract
Le dispositif comporte au moins une pluralité d'électrofiltres ioniseurs à effet couronne comportant des électrodes émissives et collectrices. Le nombre des électrofiltres est défini en fonction du débit du flux à traiter, sachant que plus la vitesse de passage est faible, plus l'efficacité de collecte est importante, et moins les électrodes devenues résistances sont refroidies par le flux. Les électrodes collectrices, qui sont lisses et tubulaires, sont alternativement collectrices et résistance électrique, pour cela elles sont chauffées sur des périodes courtes, à une température suffisante pour incinérer ou brûler les particules collectées. Les électrodes émissives sont centrées dans les structures collectrices. Ces électrodes sont axiales au sens de passage du flux à traiter dans les électrodes collectrices et peuvent se compléter d'autres électrodes en forme de rayons perpendiculaires au sens du flux de l'air, des gaz et/ou brouillards à traiter. D'autres dispositifs peuvent être associés à celui-ci, tels que des catalyseurs d'oxydation, pré filtres, filtres de finition ou autres dispositifs permettant la réduction des polluants gazeux, solides et liquides et l'atténuation du bruit. Sans limitation sur son utilisation, le dispositif vise la filtration et régénération des gaz d'échappement des moteurs, de brouillards d'huile et d'eau, des fumées, de l'air en admission, extraction ou recyclage, et en général tout polluants nuisibles à l'environnement.
Description
FILTRATION ELECTROSTATIQUE ET TRANSFORMATION DE PARTICULES DES MILIEUX GAZEUX
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 5 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 10 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 électrofîltres 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 coûteux, des consommables à remplacer, des additifs à utiliser 15 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' électrofîltres à effet couronne comportant : 20 . 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, 25 . 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 brûler les particules collectées. 30 . une électrode emissive 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 coûteuses, 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'électrofîltration 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' électrofîltres 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 électrofîltres 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 rélectrofiltre 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, tabulaires 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 brûler 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 électrofîltres 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 tabulaire. 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 tabulaires. 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 Ton 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.
Claims
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) tabulaires, 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.
5) 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 électrofîltres 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 1 à 8, caractérisée en ce qu'il comporte un moyen de vidange (22) des zones recevant des particules solides ou liquides.
10) 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.
15) 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.
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