EP3909684A1 - Précipitateur/collecteur électrostatique à électrode(s) de collecte revêtue(s) d'un ou plusieurs film(s) comprenant une couche électriquement conductrice et une couche absorbante de particules et gaz, ensemble de film(s) pelable(s) associé - Google Patents

Précipitateur/collecteur électrostatique à électrode(s) de collecte revêtue(s) d'un ou plusieurs film(s) comprenant une couche électriquement conductrice et une couche absorbante de particules et gaz, ensemble de film(s) pelable(s) associé Download PDF

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EP3909684A1
EP3909684A1 EP21172955.3A EP21172955A EP3909684A1 EP 3909684 A1 EP3909684 A1 EP 3909684A1 EP 21172955 A EP21172955 A EP 21172955A EP 3909684 A1 EP3909684 A1 EP 3909684A1
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EP
European Patent Office
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film
collection electrode
layer
peelable
films
Prior art date
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Pending
Application number
EP21172955.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Dellea
Philippe Capron
Simon Clavaguera
Arnaud GUIOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • B03C2201/28—Parts being designed to be removed for cleaning purposes

Definitions

  • the present invention relates to the field of air purification and aerosol purification, which may contain particles in suspension.
  • the present invention aims to improve existing air purifiers and aerosol cleaners, in particular in order to reduce their manufacturing and operating costs while guaranteeing constant efficiency over time.
  • Electric filters also known as electrostatic precipitators names, electrostatic filters and electrostatic precipitators (ESP, English acronym for "Electrostatic Precipitator” are filtration methods used since the early 20th century to purify fumes including facilities industrial (iron and steel industry, waste incineration, cement factories, energy production units, etc.).
  • facilities industrial iron and steel industry, waste incineration, cement factories, energy production units, etc.
  • Precipitation or electrostatic collection is a method of choice which allows the collection of aerosol particles for a wide particle size range.
  • this high electric field (several thousand to tens of thousands of volts per centimeter in the vicinity of the discharge electrode) is induced by two electrodes arranged close to one another: one first polarized electrode or discharge electrode, generally in the form of a wire or tip, being disposed opposite a second electrode, the latter being in the form of a counter-electrode, generally of planar or cylindrical geometry.
  • the electric field existing between the two electrodes ionizes the volume of gas located in the inter-electrode space, and in particular a sheath or ring of ionized gas located around the discharge electrode.
  • the charges created by migrating towards the counter-electrode, charge the particles to be separated contained in the gas.
  • the charged particles thus created then migrate towards the counter-electrode, on which they can be collected.
  • This counter electrode is usually called a collection electrode. Due to the level of electric field required, it is necessary to use a discharge electrode which has a (very) small radius of curvature.
  • the discharge electrodes encountered are therefore generally either fine points or wires of small diameter.
  • the electrons are accelerated in the intense electric field created in the vicinity of the electrode with (very) small radius of curvature.
  • an avalanche effect causes ionization of the air in this space. This phenomenon is called corona discharge.
  • an ion wind also called an ionic wind, is established, characterized by an air flow directed from the tip to the plane, originating from the impacts of the positive ions with the surrounding neutral molecules.
  • the tip is negative with respect to the plane, the positive ions move towards the tip, and the electrons move towards the plane, attaching themselves to the air molecules to form negative ions.
  • the unipolar ions migrate from the tip to the plane with a large concentration of the order of 10 6 to 10 9 / cm 3 and, whatever the polarity, there appears an electric wind directed from the point towards the plane.
  • the introduction of aerosol particles into the tip-plane space allows them to be charged with the same polarity as the tip, according to a charge process per field.
  • the field used to create the corona effect and the electric wind also participate in the field charging process.
  • Electrostatic precipitators / collectors which use a wire-cylinder configuration have been known for a very long time. This type of precipitator / collectors largely relates to the purification of industrial gaseous effluents but little to the field of indoor air purifiers.
  • This principle consists in putting under high tension, a wire stretched in the axis of a cylinder connected to the mass. By corona effect on the wire, the ions created charge the particles which are precipitated on the internal wall of the cylinder.
  • the emitter electrode placed in the axis of the cylinder, called the collector electrode, which is connected to earth.
  • the particles carried by the gas pass through the inter-electrode space and become electrically charged.
  • the positively charged particles then undergo a force due to the electric field which leads them towards the electrode connected to the ground.
  • the particles are insulating, they retain their charge in contact with this electrode and thus adhere to the wall until they are removed by washing, scraping or knocking. If the particles are conductive, they lose their charge on contact with the wall and charge in the opposite polarity.
  • the efficiency of an electrostatic precipitator depends among other things on the following parameters: resistivity, particle size and nature of the particles, particle concentration, speed, temperature and composition of the gaseous effluent, voltage applied to the electrodes.
  • the first category consists of single-stage electrostatic precipitators in which ionization and particle collection are carried out simultaneously along the length of the stage.
  • publication [3] to view different concrete embodiments according to these configurations.
  • the second category consists of “double-stage” electrostatic filtration devices, that is to say those comprising a first stage forming an ionizer extended by a precipitation stage or collection strictly speaking.
  • the two stages are generally supplied with voltage separately.
  • FIG. 2 We have represented in figure 2 an example of a double-stage geometry air purifier 1, ie an ionizer 2 and an electrostatic precipitator 3 in the continuity of the ionizer 2.
  • Purifier 1 comprises grounded plates 4, which are common to ionizer 2 and precipitator 3.
  • the ionizer 2 comprises wires 20 stretched between the plates 4 to ground.
  • the precipitator 3 comprises electrically conductive plates 30, 31 parallel to each other and to the ground plates 4 between which they are arranged.
  • the third category consists of so-called wet electrostatic precipitators, whose operating principle is identical to that of single or double-stage dry electrostatic precipitators but which, unlike the latter, use a wet film by trickling onto the collecting electrode.
  • the wet electrodes have a collection efficiency less sensitive to the electrical characteristics of the particles and allow the purification of effluents loaded with particles, which is difficult to achieve with dry electrostatic precipitators.
  • the use of a liquid can also advantageously allow the absorption of certain gases such as SO 2 , H2S, HCl: [3], [4].
  • wet electrostatic precipitators suffer from major drawbacks, namely the cost of added energy investment for the washing process, the operating temperature limited to 90 ° C., and the need to treat the liquid effluent.
  • Re-entrainment occurs when the particles deposited on the collecting electrode discharge rapidly and therefore can no longer be subjected to electrostatic force. They therefore detach from the collecting electrode and are carried away by the flow.
  • This re-flight phenomenon can also be caused by a poor distribution of the flow and in particular by the effects of turbulence [5].
  • the re-entrainment can also be observed by the effect of scouring the dust accumulated on the collection electrode by the gaseous effluent, for example following poor gas flow conditions or by the discharge of the particles recovered on the gas. 'collection electrode, less subject to electrostatic adhesion forces. Large and granular particles are more vulnerable to this phenomenon than fine particles.
  • the cleaning operation can be carried out by dropping the dust collected by vibrations (fog horns, ultrasound) or by percussion, scraping and repeated striking of the water. collector electrode.
  • This action involves the collection and handling of more or less powdery dust depending on the nature and size of the particles captured.
  • this cleaning operation does not guarantee to find truly clean electrodes.
  • Mention may be made, for example, of that marketed under the name “HexaOne” from the company Nectar, whose maintenance instructions recommend, once dismantled, to clean the collecting electrodes by rubbing them with a cloth and degreaser and / or by immersion, then rinse and dry them before reassembling.
  • the electrostatic precipitator comprises, in the direction of circulation of the aerosol, an upstream section and a downstream section.
  • a high voltage is applied between a brush of carbon fibers and a metal part connected to the ground.
  • the air circulates in the space between the brush and the metal part, and when particles circulate in said space, they are charged and for the larger ones, collected in part or in whole.
  • the downstream section comprises a cylinder and an activated carbon fabric, arranged around the cylinder. High tension is also applied between the cylinder and the fabric.
  • the functions of this downstream section are on the one hand to filter the fine particles by collecting them on the cylinder, and on the other hand to adsorb gaseous pollutants by the activated carbon when the air passes through the fabric.
  • this electrostatic precipitator is, as for the other dry electrostatic precipitators mentioned, reliability and maintenance.
  • reliability it is possible that there is reentraining of particles.
  • the activated carbon fabric can itself emit particles in the gas flow.
  • maintenance it involves disconnecting the high voltage, physically disassembling the collecting electrodes on which the particle agglomerates are located and likely to be resuspended in the gas volume. The operator in charge of dismantling can then expose his respiratory tract and his skin, which is, of course, not desired.
  • the assembly comprises a stack of at least two films fixed peelable one on the other, the electrically conductive layers of the films being electrically connected to each other, only the electrically conductive layer of one of the films. films comprising an adhesive applied directly to the collection electrode, while before successive peeling of each of the other films, each absorption layer is covered with the electrically conductive layer of one of the other films, with the exception of the absorption layer of one of the other films furthest from the collection electrode which is in contact with air or an aerosol.
  • the stack can comprise a number between 3 and 200 fixed films peelable one on the other. It is understood that in the context of the invention, the layer directly applied in contact with the electrode is peelable in order to expose the electrode and be able to coat the latter again, with a set of renewed film (s).
  • each film can include a specific absorbent layer (composition, thickness, topology, etc.) and / or even a specific conductive layer (nature, thickness, structure, etc.) which is (are) distinct from that ( s) another of the films in the set.
  • a specific absorbent layer composition, thickness, topology, etc.
  • a specific conductive layer nature, thickness, structure, etc.
  • the collection electrode (s) can each be formed by a metal strip or a metal plate.
  • each peelable protective layer is made of a polymer chosen from polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), ethylene polynaphthalate (PEN), poly (methyl methacrylate (PMMA), or a mixture of these Further advantageously, each peelable protective layer has a thickness of between 10 and 1000 ⁇ m.
  • each electrically conductive layer is made of metal or of a polymer material charged with metal, in particular in the form of a conductive ink.
  • the metal can be chosen from aluminum, gold, copper, stainless steel.
  • each electrically conductive layer is in the form of a thin layer, a grid, a mesh, a textile, possibly non-woven, consisting of fibers, threads or metal strands, woven or knitted, or coated fibers continuous or discontinuous conductor.
  • a grid is periodic and inscribed in a two-dimensional plane, while a mesh can be irregular and not necessarily in a plane (curve, three-dimensional).
  • each electrically conductive layer can have reliefs and / or hollows, in particular in the form of a sinusoidal surface undulation.
  • a sinusoidal surface ripple can have a period of a few mm, and an amplitude of a few hundred microns.
  • each electrically conductive layer having a thickness of between 1 and 200 ⁇ m.
  • each absorption layer is made of one or more pure viscoelastic materials or loaded with particles, functionalized or not. It can be an elastomer such as polydimethylsiloxane (PDMS).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • each absorption layer is in the form of a thin layer, a grid, a textile, possibly non-woven, consisting of fibers, threads or strands, coated with an absorbent coating. viscoelastic.
  • each absorption layer can have reliefs and / or hollows, in particular in the form of a sinusoidal surface undulation.
  • a sinusoidal surface ripple can have a period of a few mm, and an amplitude of a few hundred microns.
  • each absorption layer has a thickness of between 1 and 1000 ⁇ m.
  • the method comprises, after each operating cycle of the precipitator / electrostatic collector, following the initial cycle, the repetition of steps e / and f / until the last absorption layer is brought into contact. remaining, in contact with air or aerosol.
  • the invention essentially consists in applying to a “conventional” collection electrode of an electrostatic precipitator an assembly of a stack of fixed films peelable one on the other, each comprising an electrically conductive layer coated with a layer. absorption of particles and gas molecules of a flow to be treated.
  • Each electrically conductive layer which is connected to the collection electrode has the function of serving as an electrode to establish the inter-electrode electric field necessary for the collection of the particles.
  • inlet designates the orifice of the device through which the air to be purified is drawn in, while that of the outlet designates that through which the air flow leaves.
  • the plane xOy is in the plane of the collection electrode 30.
  • the precipitator 3 comprises at least one electrically conductive plate forming a collection electrode 30 connected to the ground, not shown.
  • a set 5 of peelable film (s) is applied to the collection electrode 30.
  • the assembly comprises a stack of three films 50.1, 50.2, 50.3 fixed peelably one on the other as shown partially in figure 4 , being as represented in figure 4 .
  • each film 50 comprises at least one electrically conductive layer 51 intended to be electrically connected to the collection electrode 30 and a layer 52 for absorbing particles and gases.
  • One of the main faces of the electrically conductive layer 51 is covered with the absorption layer 52.
  • the function of the conductive layer 51 is to serve as an electrode connected to the collection electrode 30 equipping the precipitator as a base, in order to establish an inter-electrode electric field necessary for the collection of the particles.
  • This layer 51 can be made of a single material or an assembly of conductive materials, for example chosen from Al, Au, stainless steel, Cu, etc. By way of example, its thickness can be 50 ⁇ m.
  • the absorbent layer 52 in contact with the gas flow to be treated, has the function of trapping the ionized particles and the gas molecules deposited on the surface.
  • This layer exhibits high surface adhesion.
  • This layer 51 can be in a single material or a mixture of pure viscoelastic materials or mixtures, for example polydimethylsiloxane (PDMS). By way of example, its thickness may be 15 ⁇ m.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the electrically conductive layers 51.1, 51.2, 51.3 of the three films are electrically connected to one another, for example by depositing an electrically conductive material 53 on the edge of the films 50.1, 50.2, 50.3.
  • each absorption layer 52.1, 52.2, 52.3 is covered with the electrically conductive layer of one of the other films, with the exception of the layer absorption 52.3 furthest from the collection electrode 30 which is in contact with air or an aerosol.
  • an electric field is established under the action of a high bias voltage.
  • the operations of collecting gaseous pollutants and ionized particles are carried out on the collection plate 30 and therefore by the guaranteed electrical continuity between the latter and the electrically conductive layers 51.1 to 51.3, directly in the most distant absorption layer 52.3 of plate 30.
  • the electrically conductive layer 51.1 of one of the films 51 comprises an adhesive 54 to be applied directly to the collection electrode 30.
  • the set 5 Before applying the set 5 of films to a collection electrode 30, the set 5 is provided with two peelable protective layers 54, 55 respectively on either side of its stack ( figure 6 ).
  • the electrically conductive layer 51.1 of the film 50.1 and the absorbent layer 52.3 of the film 50.3 are each covered with a peelable protective coating 54, 55, in order to guarantee the integrity of the surface properties until implementation. of the set 5.
  • Each of the layers 54, 55 can be polyethylene (PE).
  • PE polyethylene
  • its thickness can be 100 ⁇ m.
  • the absorbent layer 52.2 of the intermediate film 50.2 is then in contact with the gas stream to be treated.
  • the electrostatic precipitator 3 is thus put back into service with a new absorbent layer, and therefore under better conditions of use.
  • steps e / and f / can be repeated until the last remaining absorption layer 52.1 comes into contact with air or l 'aerosol.
  • the inventors carried out three types of experimental laboratory tests in order to prove the feasibility of a peelable film 50 in accordance with the invention, and to demonstrate the efficiency of filtration and retention of particles of particles and gases for an electrostatic precipitator 3 equipped with a peelable film 50.
  • the absorbent layer 52 can be formed by a viscoelastic polymer such as, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), the crude formula of which is (C 2 H 6 OSi) n where n is the number of repetitions.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • PDMS is an elastomer which polymerizes by polyaddition of a crosslinking agent, typically in a base / crosslinking agent ratio equal to 10/1 by weight.
  • the initial product chosen is the product marketed under the name Sylgard 184 TM from the company Dow Corning.
  • the weakly crosslinked PDMS absorbent layer obtained exhibits good surface adhesion and allows adhesive rupture (RA), in order to constitute part of an assembly peelable film 5 according to the invention.
  • the experiment consists in carrying out comparative efficiency measurements using a laboratory electrostatic precipitator comprising a collecting electrode with a surface area equal to 50x50mm 2 .
  • the first filtration test uses a collecting electrode in the form of a single thin aluminum film, with a thickness equal to 100 ⁇ m, and with a surface area of 50x50mm 2 .
  • the second test is carried out with the same aluminum film covered with the absorbent layer in PDMS, carried out according to tests No. 1.
  • a solution 11 of potassium chloride (KCl) is atomized by an atomizer 12, in order to create a monodisperse aerosol of KCl particles, 80 nm in diameter sucked by a pump 13, in order to be electrically charged by an electrostatic precipitator 3 with or without of the absorbent layer in PDMS.
  • KCl potassium chloride
  • a bipolar neutralizer 16 inside which there is a radioactive source of Kr 85.
  • the bipolar neutralizer 16 has the function of forcing the. aerosol to be at Boltzmann equilibrium, in order to be free from any other charging effect which would distort the measurement.
  • a high efficiency air filter 15 HEPA passes filtered air from the room to constitute an additional gas supply at the inlet of the neutralizer 16.
  • the aerosol flow rate is set at 2 L / min as measured by the air mass flowmeter 17 (DMA) upstream of the electrostatic precipitator 3.
  • the voltage applied to the electrostatic precipitator 3 varies from 0 to 10kV.
  • the particulate concentration is measured upstream and downstream of the electrostatic precipitator 3 by a Condensation Core Meter 18 and 19, respectively.
  • the efficiency obtained for each of the electrostatic precipitators tested 3 is the ratio between the particle concentration upstream and that downstream.
  • the test consists of polluting (contaminating) in a controlled manner with TiO 2 nanoparticles two collection electrodes, one consisting of a thin film of bare aluminum with a thickness equal to 100 ⁇ m and a surface area of 50x50mm 2 , the other a thin aluminum film with a thickness equal to 100 ⁇ m and a surface area of 50x50mm 2 covered with an absorbent layer of PDMS, produced according to tests No. 1.
  • TiO 2 nanoparticles are generated by atomization of a 2000 ppm Ti solution in a vertical tunnel provided for this purpose for 5 hours, in order to contaminate the surface of the aforementioned collection electrodes.
  • the figure 10 shows the particle size of the TiO 2 nanoparticles generated.
  • a blow-molding resuspension test is then carried out.
  • Blowing with a jet of compressed air on the collection electrodes makes it possible to observe or not the re-flight of the particles previously deposited, and therefore to demonstrate the adhesion of the particles to the surface of the collection electrodes.
  • the collection electrodes contaminated with the TiO 2 nanoparticles according to the previous step are used for these tests.
  • each collection electrode E is positioned in a glove box, then it is blown using a compressed air blower 5, typically at a pressure of 2 bars.
  • a sampling cone 6 is positioned near the surface of the collection electrode E to take the nanoparticles which therefore undergo re-flight.
  • the cone 6 is connected downstream to a particle counter, not shown, sold under the name TSI 3775.
  • the measurements made by the particle counter are therefore those of the particulate emission linked to the re-flight of the TiO 2 nanoparticles.
  • the figure 12 illustrates in the form of a curve, the particle concentration measurements obtained during blowing in the three collection electrode configurations mentioned above.

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

L'invention concerne un précipitateur/collecteur électrostatique (3) pour purificateur d'air (1) ou épurateur d'aérosols, comprenant :
- au moins une électrode de collecte (30);
- un ensemble (5) de film(s) appliqué sur l'électrode de collecte et comprenant au moins un film (50) comprenant au moins une couche (52) d'absorption des particules et des gaz et une couche (51) électriquement conductrice reliée électriquement à l'électrode de collecte et dont une face principale est recouverte de la couche d'absorption.

Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne le domaine de la purification d'air et d'épuration d'aérosols, susceptible de contenir des particules en suspension.
  • La présente invention vise à améliorer les purificateurs d'air et épurateurs d'aérosols existants, notamment afin de diminuer leurs coûts de fabrication et de fonctionnement tout en garantissant une efficacité constante au cours du temps.
  • Bien que décrite en référence à une application de purification d'air, l'invention s'applique à toute épuration d'aérosols.
    • Technique antérieure
  • De nombreuses techniques de filtration de l'air destinées à répondre au problème croissant de la pollution atmosphérique ont été mises au point notamment pour le secteur industriel. Le principe général des filtres consiste à recycler l'air en aspirant, filtrant puis rejetant l'air ainsi épuré de ses polluants.
  • Pour piéger les particules ou poussières, on peut notamment citer les filtres mécaniques, les filtres hydrauliques, les filtres à couches filtrantes, les filtres électriques : [1]. Généralement, on trouve plusieurs filtres disposés les uns à la suite des autres dans le flux de l'air à filtrer. Un seul filtre regroupant différentes couches fonctionnelles peut également être mis en œuvre.
  • Les filtres électriques, connus aussi sous les noms de précipitateurs électrostatiques, filtres électrostatiques et électrofiltres (ESP, acronyme anglais pour « ElectroStatic Precipitator ») sont des procédés de filtration utilisés depuis le début du 20ème siècle pour épurer les fumées issues notamment d'installations industrielles (sidérurgie, incinération des déchets, cimenteries, unités de production d'énergie...).
  • La précipitation ou collection électrostatique est une méthode de choix qui permet la collecte de particules d'aérosols pour une large gamme granulométrique.
  • Le fonctionnement de l'électrofiltration ou précipitation électrostatique ou collection électrostatique repose sur la mise en œuvre de trois étapes essentielles :
    1. i/ application d'un champ électrique, en particulier d'un champ électrique intense pour créer un effet de décharge couronne (en anglais « corona discharge ») qui participe à la charge des particules en suspension dans les gaz à traiter ;
    2. ii/ collecte des particules chargées selon l'étape i/;
    3. iii/ récupération des particules collectées.
  • Lorsqu'on génère un champ électrique intense dans un volume où des particules d'aérosol sont présentes, ces dernières peuvent se charger électriquement selon deux mécanismes de charge distincts et cela peut se produire concomitamment.
  • La publication [2], en particulier la figure 15.4 de la page 330 de cet ouvrage, montre que le mécanisme de charge électrique par diffusion d'ions unipolaires, associé au mécanisme de charge électrique par champ, est applicable à une large gamme de tailles de particules, à minima pour les particules de dimensions comprises entre 0,01 à 10 µm. Il ressort également que le mécanisme de charge électrique par diffusion d'ions unipolaires est surtout prépondérant pour les particules les plus fines, typiquement celles de dimensions inférieures à 300 nm. A contrario, le mécanisme de charge par champ est plus efficace pour les grosses particules, c'est-à-dire les particules de dimension micronique et submicronique (≥300 nm). A titre d'exemple, si l'on considère la mobilité électrique d'une particule, notée Z, de l'ordre de 1 cm2/st.V.s en unité électrostatique CGS, soit 3,3x10-7 m2/V.s en unité SI, alors cette particule placée entre deux plaques planes et parallèles qui génèrent un champ électrique E de 105 V/m, acquiert une vitesse W égale au produit Z∗E, soit W de l'ordre de 0,033 m/s. Il est clairement démontré que la force électrostatique engendre des vitesses largement supérieures aux autres champs de forces subies par une particule, que sont les champs de la gravité, inertiels, thermiques et radiatifs. Cet avantage est mis à profit dans le fonctionnement des épurateurs électrostatiques du commerce, où les processus de charge par diffusion et de charge par champ peuvent agir conjointement.
  • Charger électriquement des particules d'aérosol nécessite la présence d'ions unipolaires en forte concentration. La méthode de loin la plus efficace pour créer ces ions, dans l'air atmosphérique, est la décharge couronne.
  • Pour produire une décharge couronne, on doit établir un champ électrostatique dans une géométrie qui permet de le rendre non uniforme. Plus exactement, ce champ électrique élevé (plusieurs milliers à dizaines de milliers de volts par centimètre au voisinage de l'électrode de décharge) est induit par deux électrodes disposées à proximité l'une de l'autre: une première électrode polarisée ou électrode de décharge, généralement en forme de fil ou de pointe, étant disposée en regard d'une deuxième électrode, cette dernière se présentant sous la forme d'une contre-électrode, généralement de géométrie plane ou cylindrique. Le champ électrique existant entre les deux électrodes ionise le volume de gaz situé dans l'espace inter-électrodes, et notamment une gaine ou couronne de gaz ionisé située autour de l'électrode de décharge. Les charges créées, en migrant vers la contre-électrode, chargent les particules à séparer contenues dans le gaz. Les particules chargées ainsi créées migrent alors vers la contre-électrode, sur laquelle elles peuvent être collectées. Cette contre-électrode est usuellement appelée électrode de collecte. Du fait du niveau du champ électrique requis, il est nécessaire d'utiliser une électrode de décharge qui a un (très) faible rayon de courbure. Les électrodes de décharge rencontrées sont donc généralement soit des pointes fines soit des fils de faible diamètre. Ainsi, par un processus qui a pour origine les électrons et les ions créés par l'irradiation naturelle, les électrons sont accélérés dans le champ électrique intense créé au voisinage de l'électrode à (très) faible rayon de courbure. Par la haute tension imposée, si ce champ dépasse une valeur critique, un effet d'avalanche provoque l'ionisation de l'air dans cet espace. Ce phénomène est appelé décharge couronne.
  • A titre d'exemple, on a représenté aux figures 1A à 1E quelques configurations d'électrodes les plus adaptées pour obtenir une décharge couronne, à savoir respectivement un agencement pointe-plan (figure 1A), lame-plan (figure 1B), fil-plan (figure 1C), fil-fil (figure 1D), fil-cylindre (figure 1E).
  • Par exemple en configuration pointe-plan, si la pointe est positive par rapport au plan, les électrons se déplacent rapidement vers la pointe alors que les ions positifs se déplacent vers le plan, créant alors un espace unipolaire positif. Par ailleurs, un vent d'ions, aussi appelé vent ionique, s'établit, caractérisé par un écoulement d'air dirigé de la pointe vers le plan, ayant pour origine les chocs des ions positifs avec les molécules neutres environnantes.
  • A l'inverse, si la pointe est négative par rapport au plan, les ions positifs se déplacent vers la pointe, et les électrons se déplacent vers le plan en se fixant aux molécules d'air pour former des ions négatifs. Dans tous les cas, même si le processus de création d'ions positifs ou négatifs n'est pas exactement symétrique, les ions unipolaires migrent de la pointe vers le plan avec une grande concentration de l'ordre de 106 à 109/cm3 et, quelle que soit la polarité, il apparaît un vent électrique dirigé de la pointe vers le plan.
  • Ainsi, l'introduction de particules d'aérosol dans l'espace pointe-plan permet de les charger de la même polarité que la pointe, selon un processus de charge par champ. En outre, le champ utilisé pour créer l'effet couronne et le vent électrique participent aussi au processus de charge par champ.
  • Pour les autres configurations montrées aux figures 1B à 1E, les processus de production d'ions et de charge par champ des particules sont en tous points similaires.
  • Les précipitateurs/collecteurs électrostatiques qui utilisent une configuration fil-cylindre sont connus depuis très longtemps. Ce type de précipitateurs/collecteurs concerne largement l'épuration d'effluents gazeux industriels mais peu le domaine des purificateurs d'air intérieur.
  • Ils semblent particulièrement intéressants, de par leur principe de fonctionnement très simple et leur grande efficacité.
  • Ce principe consiste à mettre sous haute tension, un fil tendu dans l'axe d'un cylindre relié à la masse. Par effet corona sur le fil, les ions créés chargent les particules qui sont précipitées sur la paroi interne du cylindre.
  • Autrement dit, dans les électrofiltres les plus simples, avec une géométrie fil-cylindre, un potentiel électrique très élevé est appliqué au fil, appelé électrode émettrice, placé dans l'axe du cylindre, appelé électrode collectrice, qui est relié à la terre. Les particules véhiculées par le gaz traversent l'espace inter-électrodes et se chargent électriquement.
  • Les particules chargées positivement subissent alors une force due au champ électrique qui les conduit vers l'électrode reliée à la terre.
  • Si les particules sont isolantes, elles conservent leur charge au contact de cette électrode et adhèrent ainsi à la paroi jusqu'à ce qu'elles soient enlevées par lavage, grattage ou frappage. Si les particules sont conductrices, elles perdent leur charge au contact de la paroi et se chargent en polarité opposée.
  • L'efficacité d'un électrofiltre dépend entre autres des paramètres suivants : résistivité, granulométrie et nature des particules, concentration en particules, vitesse, température et composition de l'effluent gazeux, tension appliquée aux électrodes.
  • On peut distinguer trois catégories de précipitateurs électrostatiques.
  • La première catégorie est constituée des électrofiltres à un seul étage dans lequel l'ionisation et la collecte des particules sont réalisées simultanément sur la longueur de l'étage. Parmi ceux-ci, on peut citer outre le fil-cylindre déjà évoqué les configurations de type fils-plaque où une pluralité de fils parallèles constitue les électrodes émissives et une plaque constitue une électrode de collecte. On pourra se reporter à la publication [3] pour visualiser différentes réalisations concrètes selon ces configurations.
  • La deuxième catégorie est constituée des dispositifs de filtration électrostatique à « double étage », c'est-à-dire ceux comprenant une premier étage formant un ioniseur prolongé d'une étage de précipitation ou collection à proprement parler. Les deux étages sont généralement alimentés séparément en tension.
  • On a représenté en figure 2 un exemple de purificateur d'air 1 à géométrie à double étage, i.e. un ioniseur 2 et un précipitateur électrostatique 3 dans la continuité de l'ioniseur 2.
  • Le purificateur 1 comprend des plaques 4 mises à la masse, qui sont communes à l'ioniseur 2 et au précipitateur 3.
  • L'ioniseur 2 comprend des fils 20 tendus entre les plaques 4 à la masse.
  • Le précipitateur 3 comprend des plaques électriquement conductrices 30, 31 parallèles entre elles et aux plaques 4 de masse entre lesquelles elles sont agencées.
  • Le fonctionnement d'un tel purificateur 1 est le suivant : les particules présentes dans le flux d'air Q à purifier sont tout d'abord électriquement chargées par effet corona en passant au voisinage des fils 20 portés à haute tension Uf, puis elles sont collectées sur les plaques 30 entre lesquelles un champ électrique est établi sous l'action d'une haute tension de polarisation Up. Cette géométrie est pratiquement toujours celle dans des écoulements de section rectangulaire, les opérations de charge puis de collection s'effectuant entre les plaques 30 planes et parallèles.
  • Enfin, la troisième catégorie est constituée par les électrofiltres dits humides, dont le principe de fonctionnement est identique à celui des électrofiltres secs simple ou double étage mais qui à la différence de ces derniers mettent en œuvre un film humide par ruissellement sur l'électrode collectrice. Les électrodes humides ont une efficacité de collection moins sensible aux caractéristiques électriques des particules et permettent l'épuration d'effluents chargés en particules, ce qui est difficilement réalisable avec des électrofiltres secs. L'utilisation d'un liquide peut d'ailleurs permettre avantageusement l'absorption de certains gaz comme SO2, H2S, HCl : [3],[4].
  • En revanche, les électrofiltres humides souffrent d'inconvénients majeurs que sont le coût d'investissement énergétique ajouté pour le procédé de lavage, la température de fonctionnement limitée à 90°C, et la nécessité de traiter l'effluent liquide.
  • Pour revenir plus spécifiquement aux électrofiltres secs à simple ou double étage, leur efficacité dépend entre autres de la concentration, de la vitesse de migration et de la charge des particules, du caractère turbulent ou non de l'écoulement ou encore du phénomène de réentrainement.
  • Le réentrainement intervient lorsque les particules déposées sur l'électrode collectrice se déchargent rapidement et donc ne peuvent plus être soumise à la force électrostatique. Elles se détachent donc de l'électrode collectrice et sont emportées par l'écoulement. Ce phénomène de ré-envol peut également être provoqué par une mauvaise répartition de l'écoulement et notamment par les effets de turbulence [5]. Le réentrainement peut aussi être observé par l'effet de récurage de la poussière amassée sur l'électrode de collecte par l'effluent gazeux, suite par exemple à de mauvaises conditions d'écoulement du gaz ou encore par la décharge des particules récupérées sur l'électrode de collecte, moins soumises aux forces électrostatiques d'adhésion. Les particules larges et granuleuses sont plus vulnérables à ce phénomène que les particules fines.
  • En pratique, les électrofiltres secs sont nettoyés de différentes façons en fonction de l'application considérée.
  • Par exemple, pour les électrofiltres industriels traitant de grandes quantités de poussière, l'opération de nettoyage peut s'opérer en faisant tomber les poussières collectées par des vibrations (cornes de brume, ultrasons) ou encore par percussions, grattage et frappages répétés de l'électrode collectrice. Cette action implique la collecte et la manipulation de poussières plus ou moins pulvérulentes en fonction de la nature et des dimensions des particules captées. D'ailleurs, cette opération de nettoyage ne garantit pas de retrouver des électrodes véritablement propres.
  • De nombreux purificateurs d'air déjà commercialisés mettent en œuvre des électrofiltres secs avec des notices d'utilisation qui mentionnent un nettoyage d'électrodes à réaliser.
  • On peut citer par exemple celui commercialisé sous la dénomination « HexaOne » de la société Nectar dont la notice d'entretien préconise, une fois démontées, de nettoyer les électrodes collectrices en les frottant avec un chiffon et du dégraissant et/ou bien par immersion, puis de les rincer et les sécher avant leur remontage.
  • A la lecture de cette notice d'entretien du purificateur HexaOne, plusieurs remarques peuvent être faites:
    • en ce qui concerne la complexité à nettoyer efficacement l'appareil : le démontage, la manipulation et le remontage des pièces impliquent certaines connaissances techniques qui peuvent être complexes pour certains utilisateurs ;
    • sur le nettoyage à l'eau : le transfert de la pollution particulaire collectée par l'appareil dans les eaux usées va nécessiter des étapes ultérieures de filtration dans sa phase de traitement. Le principe de nettoyer à l'eau est par conséquent discutable et non satisfaisant ;
    • sur le séchage : l'assemblage des plaques collectrices génère de nombreuses zones de rétention d'eau et d'interstices (tôle pliée, fentes, visserie...). Par conséquent, l'obtention d'un délai court pour un séchage complet garanti est illusoire ou alors complexe à mettre en œuvre.
  • Un autre type de purificateur à électrofiltre sec a été proposé dans la publication [6] : il est conçu pour être compact et pour capter à la fois les particules et les polluants gazeux.
  • Tel qu'illustré en figure 1 de la publication, l'électrofiltre comprend, dans le sens de circulation de l'aérosol, une section amont et une section aval.
  • Dans la section amont, une haute tension est appliquée entre un pinceau de fibres de carbone et une pièce métallique connectée à la masse. L'air circule dans l'espace entre le pinceau et la pièce métallique, et lorsque des particules circulent dans ledit espace, elles sont chargées et pour les plus grosses, collectées en partie ou en totalité.
  • La section aval comprend un cylindre et un tissu à charbons actifs, agencé autour du cylindre. Une haute tension est également appliquée entre le cylindre et le tissu. Cette section aval a pour fonctions d'une part de filtrer les particules fines en les collectant sur le cylindre, et d'autre part d'adsorber les polluants gazeux par les charbons actifs lorsque l'air va passer au travers du tissu.
  • Les inconvénients majeurs de cet électrofiltre, sont, comme pour les autres électrofiltres secs évoqués, la fiabilité et l'entretien. Concernant la fiabilité, il est possible qu'il y ait réentrainement de particules. Par ailleurs, soumis à des vibrations, le tissu à charbons actifs peut lui-même émettre des particules dans le flux gazeux. Concernant l'entretien, il implique de déconnecter la haute tension, de démonter physiquement les électrodes collectrices sur lesquelles se trouve les agglomérats de particules et susceptibles de se remettre en suspension dans le volume gazeux. L'opérateur en charge du démontage peut alors exposer ses voies respiratoires et sa peau, ce qui n'est, bien entendu, pas souhaité.
  • Il existe un besoin pour améliorer encore les précipitateurs/collecteurs électrostatiques/électrofiltres notamment afin d'augmenter leur efficacité, leur fiabilité et leur sécurité et également de permettre, outre la collecte de particules, la filtration des gaz. Le but général de l'invention est alors de répondre au moins en partie à ce besoin.
    • Exposé de l'invention
  • Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un précipitateur/collecteur électrostatique pour purificateur d'air ou épurateur d'aérosols, comprenant:
    • au moins une électrode de collecte ;
    • un ensemble de film(s) appliqué sur l'électrode de collecte et comprenant au moins un film comprenant au moins une couche d'absorption des particules et des gaz et une couche électriquement conductrice reliée électriquement à l'électrode de collecte et dont une face principale est recouverte de la couche d'absorption.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, l'ensemble comprend un empilement d'au moins deux films fixés pelables l'un sur l'autre, les couches électriquement conductrices des films étant reliées électriquement entre elles, seule la couche électriquement conductrice d'un des films comprenant un adhésif appliqué directement sur l'électrode de collecte, tandis qu'avant pelage successif de chacun des autres films, chaque couche d'absorption est recouverte de la couche électriquement conductrice d'un des autres films, à l'exception de la couche d'absorption d'un des autres films la plus éloignée de l'électrode de collecte qui est en contact avec l'air ou un aérosol.
  • L'empilement peut comprendre un nombre entre 3 et 200 films fixés pelables l'un sur l'autre. On comprend que dans le contexte de l'invention, la couche directement appliquée au contact de l'électrode est pelable pour remettre à nu l'électrode et pouvoir revêtir à nouveau cette dernière, par un ensemble de film(s) renouvelé.
  • Dans le cadre de l'invention également, tous les films d'un même ensemble peuvent ne pas être identiques. Ainsi, chaque film peut comprendre une couche absorbante spécifique (composition, épaisseur, topologie...) et/ou même une couche conductrice spécifique (nature, épaisseur, structure...) qui est(sont) distincte(s) de celle(s) d'un autre des films de l'ensemble.
  • La ou les électrodes de collecte peuvent chacune être constituée par un feuillard métallique ou une plaque métallique.
  • L'invention concerne également un purificateur d'air ou épurateur d'aérosols comprenant :
    • un précipitateur/collecteur électrostatique tel que décrit précédemment;
    • un ioniseur agencé en amont du collecteur électrostatique.
  • L'invention concerne également un ensemble de film(s) pelable(s), destiné à être appliqué par pelage sur une électrode de collecte d'un précipitateur/collecteur électrostatique, comprenant :
    • deux couches de protection pelables,
    • au moins un film comprenant :
      • une couche d'absorption des particules et des gaz, destinée à être au contact avec l'air ou un aérosol, et dont une face principale est revêtue d'une des deux couches de protection pelables,
      • une couche électriquement conductrice, destinée à être reliée électriquement à l'électrode de collecte, dont une face principale est recouverte de la au moins une couche d'absorption, et l'autre face principale est revêtue d'un adhésif à appliquer directement sur l'électrode de collecte, l'adhésif étant lui-même revêtu de l'autre des deux couches de protection pelables. Selon un mode de réalisation avantageux, l'ensemble comprend un empilement d'au moins deux films fixés pelables l'un sur l'autre, seule la couche électriquement conductrice d'un des films étant revêtue de l'adhésif et l'autres des deux couches de protection pelables, les couches électriquement conductrices des films étant reliées électriquement entre elles, chaque couche d'absorption étant recouverte de la couche électriquement conductrice d'un des autres films à l'exception de la couche d'absorption la plus éloignée de l'électrode de collecte recouverte de l'une des deux couches de protection pelables.
  • Avantageusement, chaque couche de protection pelable est en un polymère choisi parmi le polyéthylène (PE), polycarbonate (PC), le polyéthylène téréphtalate (PET), le polynaphtalate d'éthylène (PEN), le poly(méthacrylate de méthyle (PMMA), ou un mélange de ceux-ci. Avantageusement encore, chaque couche de protection pelable a une épaisseur comprise entre 10 et 1000µm.
  • Avantageusement, chaque couche électriquement conductrice est en métal ou en matériau polymère chargé de métal, notamment sous la forme d'une encre conductrice. Le métal peut être choisi parmi l'aluminium, l'or, le cuivre, un acier inoxydable.
  • Avantageusement encore, chaque couche électriquement conductrice est sous la forme d'une couche mince, d'une grille, d'un maillage, d'un textile, éventuellement non-tissé, constitué de fibres, fils ou brins métalliques, tissés ou tricotés, ou de fibres revêtues d'un revêtement conducteur continu ou discontinu. Dans le cadre de l'invention, une grille est périodique et inscrite dans un plan en deux dimensions, tandis qu'un maillage peut être irrégulier et pas nécessairement dans un plan (courbe, tridimensionnel).
  • Selon une caractéristique avantageuse, chaque couche électriquement conductrice peut présenter des reliefs et/ou des creux, notamment sous la forme d'une ondulation sinusoïdale de surface. Une ondulation sinusoïdale de surface peut avoir une période de quelques mm, et une amplitude de quelques centaines de microns.
  • Avantageusement encore, chaque couche électriquement conductrice ayant une épaisseur comprise entre 1 et 200 µm.
  • Avantageusement, chaque couche d'absorption est en un ou plusieurs matériaux viscoélastiques purs ou chargé(s) de particules, fonctionnalisées ou non. Il peut s'agir d'un élastomère comme le polydiméthylsiloxane (PDMS).
  • Avantageusement encore, chaque couche d'absorption est sous la forme d'une couche mince, d'une grille, d'un textile, éventuellement non-tissé, constitué de fibres, fils ou brins, revêtu(e) d'un revêtement absorbant viscoélastique.
  • Avantageusement encore, chaque couche d'absorption peut présenter des reliefs et/ou des creux, notamment sous la forme d'une ondulation sinusoïdale de surface. Une ondulation sinusoïdale de surface peut avoir une période de quelques mm, et une amplitude de quelques centaines de microns.
  • Avantageusement encore, chaque couche d'absorption a une épaisseur comprise entre 1 et 1000 µm.
  • L'invention a enfin pour objet un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique, comprenant au moins une électrode de collecte, comprenant les étapes suivantes :
    1. a/ fourniture d'un ensemble de film(s) pelable(s) tel que décrit précédemment;
    2. b/ retrait par pelage d'une des couches de protection de sorte à rendre apparent l'adhésif ;
    3. c/ report de l'ensemble sur l'électrode de collecte par application de l'adhésif sur cette dernière ;
    4. d/ retrait par pelage de l'autre des couches de protection de sorte à mettre en contact la couche d'absorption la plus éloignée de l'électrode de collecte avec l'air ou un aérosol. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend, après un cycle initial de fonctionnement du précipitateur/collecteur électrostatique, les étapes ultérieures suivantes :
    5. e/ mise hors tension du précipitateur/collecteur électrostatique ;
    6. f/ retrait par pelage du film le plus éloigné de l'électrode de collecte de sorte à mettre en contact la couche d'absorption du film sous-jacent en contact avec l'air ou l'aérosol.
  • Selon un mode de réalisation encore plus avantageux, le procédé comprend, après chaque cycle de fonctionnement du précipitateur/collecteur électrostatique, suivant le cycle initial, la réitération des étapes e/ et f/ jusqu'à mettre en contact la dernière couche d'absorption restante, en contact avec l'air ou l'aérosol.
  • Ainsi, l'invention consiste essentiellement à appliquer sur une électrode de collecte «classique » d'un électrofiltre un ensemble d'un empilement de films fixés pelables l'un sur l'autre, comprenant chacun une couche électriquement conductrice revêtue d'une couche d'absorption des particules et des molécules gazeuses d'un flux à traiter.
  • Chaque couche électriquement conductrice qui est reliée à l'électrode de collecte a pour fonction de servir d'électrode pour établir le champ électrique inter-électrodes nécessaire à la collecte des particules.
  • Chaque couche absorbante au contact du flux à traiter a pour fonction de piéger les particules ou les molécules gazeuses déposées en surface. Chaque couche absorbante permet d'augmenter l'efficacité de l'électrofiltre, grâce à:
    • une adhérence de surface supérieure à celle d'une surface métallique comme celle d'une électrode de collecte selon l'état de l'art ;
    • une absorption des polluants, mécanisme permettant de renouveler la surface ;
    • la possibilité de suivre l'état de saturation de chaque couche absorbante pelée après un cycle, par mesure physique (optique, électrique, capacitive...)
  • Les avantages de l'invention sont nombreux parmi lesquels on peut citer :
    • une simplification de la maintenance d'un électrofiltre comparativement à ceux de l'état de l'art: pas d'outillage ni de liquide et/ou détergent à utiliser, pas de transfert de pollution à gérer ;
    • une efficacité accrue de l'épuration : pas de risque de ré-envol des polluants dans le volume gazeux, pas de réentrainement, les surfaces absorbantes étant véritablement renouvelées après chaque cycle de maintenance. Autrement dit, à chaque remise en service, la surface absorbante au contact de l'air pollué est neuve et vierge ;
    • une sécurité pour l'opérateur lors de la maintenance : pas de liquide de rinçage à utiliser, pas de pulvérulence, une action simple de pelage à réaliser ;
    • un traitement/recyclage aisé des déchets: chaque film pelable confine la pollution et peut entrer dans une filière courante de recyclage comme l'incinération ou spécifique, par exemple pour récupérer et donner une seconde vie aux particules collectées ;
    • la possibilité d'instrumenter un électrofiltre selon l'invention afin de connaitre le nombre de films pelables restant sur l'électrode de collecte et de connaitre l'état d'encrassement de l'ensemble de films ;
    • la possibilité d'utiliser chacun des films pelables pour une analyse à posteriori des polluants collectés (contamination des locaux, incidents process...). D'ailleurs, chaque film pelable peut être positionné aisément sur des surfaces sous tension ou non, autres que les électrodes de collecte.
  • Autrement dit, l'invention permet de pallier les inconvénients des électrofiltres selon l'état de l'art, et notamment :
    • de réduire voire supprimer leur perte d'efficacité lié au phénomène de réentrainement des particules ;
    • de réduire voire supprimer leur perte d'efficacité et leur manque de fiabilité lié à la difficulté de garantir qu'à l'issue de l'étape de nettoyage des plaques collectrices selon l'état de l'art, la surface des électrodes soit véritablement décontaminée et exempte de pollution ;
    • de garantir la sécurité de l'opérateur lors de l'opération de maintenance liée à la pulvérulence des particules : en effet, les particules collectées sur les plaques de collecte selon l'état de l'art sont liées entre elles et à la surface même des électrodes par des forces électrostatiques pouvant être considérées comme faibles. Par conséquent, lors de la maintenance une remise en suspension dans le volume gazeux est possible, ce que les couches absorbantes selon l'invention évitent ;
    • de garantir la sécurité à la remise en service de l'appareil après maintenance : Toutes les surfaces internes d'un électrofiltre ou purificateur d'air selon l'état de l'art n'étant pas accessibles, la pollution peut s'accumuler, certaines zones piéger l'eau ou rester humides.
    • de réaliser une filtration à la fois des gaz et des particules.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes.
    • Brève description des dessins
    • [Fig 1A] la figure 1A est une vue schématique d'une première configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.
    • [Fig 1B] la figure 1B est une vue schématique d'une deuxième configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.
    • [Fig 1C] la figure 1C est une vue schématique d'une troisième configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.
    • [Fig 1D] la figure 1D est une vue schématique d'une quatrième configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.
    • [Fig 1E] la figure 1E est une vue schématique d'une cinquième configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.
    • [Fig 2] la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un précipitateur électrostatique à double étage, i.e. avec un étage formant un ioniseur et un étage formant un collecteur des particules, dans la continuité de l'ioniseur.
    • [Fig 3] la figure 3 est une vue schématique d'un exemple de précipitateur électrostatique avec une électrode de collecte revêtue d'un ensemble de films pelables conforme à l'invention.
    • [Fig 4] la figure 4 est une illustration schématique du pelage de films d'un ensemble conforme à l'invention.
    • [Fig 5] la figure 5 est une vue schématique d'un unique film conforme à l'invention.
    • [Fig 6] la figure 6 illustre schématiquement un ensemble à empilement de films pelables selon l'invention revêtu de part et d'autre d'une couche de protection pelable avant mise en place dans un précipitateur/collecteur électrostatique.
    • [Fig 7A] la figure 7A illustre schématiquement une première étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention.
    • [Fig 7B] la figure 7B illustre schématiquement une deuxième étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention.
    • [Fig 7C] la figure 7C illustre schématiquement une troisième étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention.
    • [Fig 7D] la figure 7D illustre schématiquement une quatrième étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention.
    • [Fig 7E] la figure 7E illustre schématiquement une étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention, après un premier cycle d'utilisation.
    • [Fig 7F] la figure 7F illustre schématiquement une étape de fonctionnement d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention après l'étape selon la figure 7E.
    • [Fig 8] la figure 8 est une représentation schématique d'un dispositif d'essais expérimentaux d'efficacité d'un précipitateur/collecteur électrostatique conforme à l'invention.
    • [Fig 9] la figure 9 illustre sous forme de courbes le résultat des essais conduits avec le dispositif de la figure 8.
    • [Fig 10] la figure 10 illustre la répartition de la granulométrie de particules de TiO2 générées par atomisation et destinées à être collectées par un prototype d'un film conforme à l'invention.
    • [Fig 11] la figure 11 illustre un autre dispositif expérimental destiné à des essais de remise en suspension de particules de TiO2 ayant été préalablement collectées par un film conforme à l'invention sur une électrode de collecte ou sur une électrode de collecte nue.
    • [Fig 12] la figure 12 illustre la mesure de la concentration des particules collectées lors du soufflage par le dispositif de la figure 11 selon différentes configurations d'électrode de collecte.
    Description détaillée
  • Dans l'ensemble de la présente demande, les termes « entrée », « sortie », « amont » et « aval » sont à comprendre par référence par rapport au sens du flux d'aspiration au travers d'un précipitateur électrostatique selon l'invention. Ainsi, l'orifice d'entrée désigne l'orifice du dispositif par lequel l'air à purifier est aspiré tandis que celui de sortie désigne celui par lequel le flux d'air sort.
  • Les figures 1A à 2 ont déjà été commentées en préambule. Elles ne sont pas détaillées ci-après.
  • Par souci de clarté, un même élément selon l'art antérieur et l'invention est désigné par la même référence numérique.
  • On précise que dans l'ensemble des figures 3 à 6, le plan xOy est dans le plan de l'électrode de collecte 30.
  • On a représenté en figure 3 un exemple de précipitateur électrostatique 3 selon l'invention. Le précipitateur 3 comprend au moins une plaque électriquement conductrice formant une électrode de collecte 30 reliée à la masse non représentée.
  • Un ensemble 5 de film(s) pelables est appliqué sur l'électrode de collecte 30.
  • Dans l'exemple illustré, l'ensemble comprend un empilement de trois films 50.1, 50.2, 50.3 fixés pelables l'un sur l'autre comme montré partiellement en figure 4, étant comme représenté en figure 4.
  • Comme montré en figure 5, chaque film 50 comprend au moins une couche 51 électriquement conductrice destinée à être reliée électriquement à l'électrode de collecte 30 et une couche 52 d'absorption des particules et des gaz. Une des faces principales de la couche électriquement conductrice 51 est recouverte de la couche d'absorption 52.
  • La couche conductrice 51 a pour fonction de servir d'électrode reliée à l'électrode de collecte 30 équipant de base le précipitateur, afin d'établir un champ électrique inter-électrodes nécessaire à la collecte des particules. Cette couche 51 peut être en un seul matériau ou un assemblage de matériaux conducteurs, par exemple choisis parmi Al, Au, un acier inoxydable, Cu... A titre d'exemple, son épaisseur peut être de 50µm.
  • La couche absorbante 52, au contact du flux gazeux à traiter, a pour fonction de piéger les particules ionisées et les molécules gazeuses déposées en surface. Cette couche présente une adhérence à la surface élevée. Cette couche 51 peut être en un seul matériau ou un mélange de matériaux viscoélastiques purs ou mélanges, par exemple le polydiméthylsiloxane (PDMS). A titre d'exemple, son épaisseur peut être de 15 µm.
  • Dans l'empilement de l'ensemble, les couches électriquement conductrices 51.1, 51.2, 51.3 des trois films sont reliées électriquement entre elles par exemple par un dépôt d'un matériau électriquement conducteur 53 sur le chant des films 50.1, 50.2, 50.3.
  • Dans la configuration de fonctionnement initiale du précipitateur 3 et avant pelage successif des films 50.2, 50.3, chaque couche d'absorption 52.1, 52.2, 52.3 est recouverte de la couche électriquement conductrice d'un des autres films, à l'exception de la couche d'absorption 52.3 la plus éloignée de l'électrode de collecte 30 qui est en contact avec l'air ou un aérosol. Dans cette configuration initiale montrée en figure 3, un champ électrique est établi sous l'action d'une haute tension de polarisation. Les opérations de collection de polluants gazeux et de particules ionisées s'effectuent sur la plaque de collecte 30 et donc par la continuité électrique garantie entre cette dernière et les couches électriquement conductrices 51.1 à 51.3, directement dans la couche d'absorption 52.3 la plus éloignée de la plaque 30.
  • Pour assurer l'application de l'ensemble 5 sur l'électrode de collecte 30, la couche électriquement conductrice 51.1 d'un des films 51 comprend un adhésif 54 à appliquer directement sur l'électrode de collecte 30.
  • Avant d'appliquer l'ensemble 5 de films sur une électrode de collecte 30, l'ensemble 5 est pourvu de deux couches de protection pelables 54, 55 respectivement de part et d'autre de son empilement (figure 6). Ainsi, la couche électriquement conductrice 51.1 du film 50.1 et la couche absorbante 52.3 du film 50.3 sont chacune recouvertes d'un revêtement protecteur pelable 54, 55, afin de garantir l'intégrité des propriétés de surface et ce jusqu'à la mise en œuvre de l'ensemble 5.
  • Chacune des couches 54, 55 peut être en polyéthylène (PE). A titre d'exemple, son épaisseur peut être de 100 µm.
  • On décrit maintenant en référence aux figures 7A à 7F, les différentes étapes d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur 3 muni d'un ensemble 5 de films selon l'invention, avant et après un cycle de fonctionnement complet.
    • Etape a/ : on fournit un ensemble de film(s) pelable(s) 5 à trois films 50.1, 50.2, 50.3 protégé par les deux couches de protection 54, 55 de part et d'autre de l'empilement (figure 7A).
    • Etape b/ : on retire par pelage la couche de protection 54 de sorte à rendre apparent l'adhésif 56 qui va permettre le report de l'ensemble 5 sur l'électrode de collecte 30 (figure 7B, traction T sur la couche 54).
    • Etape c/: on reporte alors l'ensemble 5 sur l'électrode de collecte 30 par application de l'adhésif 56 sur cette dernière (figure 7C).
    • Etape d/ : on retire par pelage la couche de protection 55 de sorte à mettre en contact la couche d'absorption 52.3 la plus éloignée de l'électrode de collecte avec l'air ou un aérosol (figure 7C).
      On peut alors faire fonctionner le précipitateur électrostatique 3 dont l'électrode de collecte 30 sert de support à l'ensemble pelable équipé de l'ensemble 5 (figure 7D).
      Une haute tension est appliquée, la couche conductrice 51.1 en continuité électrique avec l'électrode de collecte est à la masse. De par la continuité électrique, toutes les couches conductrices 51.1, 51.2, 51.3 sont au même potentiel que l'électrode de collecte. Soumises au déplacement du flux gazeux et à la force de Coulomb, les particules se dirigent vers la surface de l'électrode de collecte 30. Les particules venant au contact de la couche absorbante 52.3 y adhèrent et sont progressivement absorbées. Certains gaz peuvent également venir s'adsorber en surface et être aussi à terme absorbés par la couche 52.3.
    • Etapes e/ : Après une durée de fonctionnement correspondant à un cycle initial, une opération de maintenance consiste à couper la haute tension, c'est-à-dire à mettre hors tension le précipitateur électrostatique.
    • Etape f/: on procède alors au pelage du film 50.3 le plus éloigné de l'électrode de collecte 30 et donc on le sépare du reste de l'ensemble 5 (figure 7E, figure 7F). Cette opération de pelage peut être manuelle ou mécanique.
  • La couche absorbante 52.2 du film intermédiaire 50.2 est alors au contact du flux gazeux à traiter.
  • A la remise en fonctionnement (mise sous tension du précipitateur 3), le champ électrique s'établit alors sur la couche conductrice 51.2 du film intermédiaire 50.2 (figure 7F).
  • Le précipitateur électrostatique 3 est ainsi remis en service avec une couche absorbante neuve, et donc dans de meilleures conditions d'utilisation.
  • Après un nouveau cycle de fonctionnement du précipitateur/collecteur électrostatique, suivant le cycle initial, on peut réitérer les étapes e/ et f/ jusqu'à mettre en contact la dernière couche d'absorption restante 52.1, en contact avec l'air ou l'aérosol.
  • Chaque couche absorbante 52.1, 52.2, 52.3 permet d'augmenter l'efficacité de l'électrofiltre 3 grâce à:
    • une adhérence de surface supérieure à celle d'une surface métallique comme celle d'une électrode de collecte selon l'état de l'art ;
    • une absorption des polluants, mécanisme permettant de renouveler la surface ;
    • la possibilité de suivre l'état de saturation de chaque couche absorbante pelée après un cycle, par mesure physique (optique, électrique, capacitive...)
  • Les inventeurs ont réalisé trois types d'essais expérimentaux en laboratoire afin de prouver la faisabilité d'un film pelable 50 conforme à l'invention, et de mettre en évidence l'efficacité de filtration et de rétention des particules de particules et de gaz pour un électrofiltre 3 équipé d'un film pelable 50.
    • Essais N°1 :
  • Ces essais consistent à réaliser un film pelable 50.
    • Choix du matériau
  • La couche absorbante 52 peut être formée par un polymère viscoélastique comme par exemple, le polydiméthylsiloxane (PDMS) dont la formule brute est (C2H6OSi)n où n est le nombre de répétitions.
  • Les avantages du PDMS au regard de la fonction souhaitée de couche d'un film pelable 50 selon l'invention sont nombreux:
    • son domaine de température d'utilisation est large, typiquement entre -50°C et 200°C ;
    • en fonction de la taille de la chaine de monomères, le PDMS a une viscosité ajustable : avec un n faible, l'état est liquide, tandis qu'avec un n élevé, l'état est solide. Il peut donc aussi bien agir comme un liquide visqueux ou comme un élastique rigide, semblable au caoutchouc ;
    • le module d'élasticité (module d'Young) E du PDMS, de valeur typique autour de 3 MPa, est ajustable et change en fonction de son état de réticulation ;
    • le PDMS est un élastomère hydrophobe à cause des groupes méthyls présents en surface. Les solvants polaires comme l'eau ont du mal à mouiller (angle de contact à 110°C) alors que les contaminants hydrophobes peuvent facilement s'adsorber à la surface ;
    • le PDMS est perméable au gaz, les molécules peuvent donc diffuser en son sein;
    • en présence d'une pollution de surface, le PDMS se réorganise pour retrouver un équilibre chimique en surface, ceci se traduit par l'encapsulation des agents polluants. La cinétique de ce phénomène dépend du degré de réticulation et donc de la viscosité. La chimie de surface tend à rester hydrophobe spontanément, ceci est possible grâce aux bas poids moléculaires (-CH3 non réticulés) qui remontent à la surface et du réarrangement des chaines pour minimiser l'énergie (réorientation des groupes polaires de la surface vers le volume ou des groupes non polaires du volume vers la surface) ;
    • le PDMS est inerte chimiquement ;
    • le PDMS est peu coûteux ;
    • le PDMS est non toxique ;
    • le PDMS présente une bonne déformabilité en traction et en compression ;
    • le PDMS peut incorporer aisément des charges ;
    • le PDMS peut être optiquement transparent.
    Protocole de synthèse
  • Le PDMS est un élastomère qui polymérise par polyaddition d'un agent de réticulation, typiquement dans un rapport base/agent réticulant égal à 10/1 en masse.
  • Le produit initial choisi est le produit commercialisé sous la dénomination Sylgard 184™ de la société Dow Corning.
  • Les différentes étapes successives, appliquées à ce produit sont les suivantes:
    • mélange de la base et de l'agent réticulant dans un rapport de 10/1 en masse ;
    • dégazage des bulles formées par mise sous vide à température ambiante ;
    • dispense du mélange sur le substrat ;
    • réalisation d'un échantillon sous la forme d'une couche mince et uniforme par technique d'enduction par centrifugation (en anglais « spin coating ») à un régime de 3000 tr/min pendant 60s ;
    • réticulation de la couche obtenue à une température de 100°C pendant une durée de 20 min à pression atmosphérique : l'épaisseur de la couche obtenue est de 15µm ;
    • refroidissement de la couche mince d'échantillon à température ambiante ;
    • stockage de l'échantillon dans un sachet pour protéger la surface jusqu'à utilisation.
  • Au final, la couche absorbante de PDMS obtenue, faiblement réticulée, présente une bonne adhérence de surface et permet une rupture adhésive (RA), afin de constituer une partie d'un film ensemble pelable 5 selon l'invention.
    • Essais N°2:
  • Ces essais ont pour finalité de prouver l'efficacité de filtration d'un électrofiltre 3 dont une électrode de collecte 30 est revêtu d'un film pelable 50 selon l'invention.
  • Autrement dit, il s'agit de montrer que la présence de la couche absorbante de PDMS, obtenue selon les essais N°1, sur l'électrode de collecte n'altère pas l'efficacité de filtration de l'électrofiltre.
  • L'expérimentation consiste à réaliser des mesures comparatives d'efficacité en utilisant un électrofiltre de laboratoire comportant une électrode collectrice de surface égale à 50x50mm2.
  • Le premier essai de filtration, à titre d'essai comparatif, met en œuvre une électrode collectrice sous la forme d'un film fin unique d'aluminium, d'épaisseur égale à 100µm, et de surface 50x50mm2.
  • Le deuxième essai est réalisé avec le même film d'aluminium recouvert de la couche absorbante en PDMS, réalisée selon les essais N°1.
  • Pour réaliser les mesures, les inventeurs ont mis en œuvre le dispositif expérimental 10, illustré en figure 8. Une solution 11 de chlorure de potassium (KCl) est atomisée par un atomiseur 12, afin de créer un aérosol monodispersé de particules KCl, de 80nm de diamètre aspiré par une pompe 13, afin d'être électriquement chargé par un électrofiltre 3 muni ou non de la couche absorbante en PDMS.
  • Plus précisément, une fois généré l'aérosol passe au travers d'un dessiccant 14, puis d'un neutraliseur bipolaire 16 à l'intérieur duquel se trouve une source radioactive de Kr 85. Le neutraliseur bipolaire 16 a pour fonction de forcer l'aérosol à être à l'équilibre de Boltzmann, afin de s'affranchir de tout autre effet de charge qui viendrait fausser la mesure. Par un filtre 15 à air à haute efficacité (HEPA) passe de l'air filtré venant de la pièce pour constituer un apport gazeux supplémentaire à l'entrée du neutraliseur 16.
  • Au cours des essais, le débit de l'aérosol est fixé à 2 L/min comme mesuré par le débitmètre 17 de masse d'air (DMA) en amont de l'électrofiltre 3. La tension appliquée à l'électrofiltre 3 varie de 0 à 10kV.
  • La concentration particulaire est mesurée en amont et en aval de l'électrofiltre 3 par un Compteur de Noyau de Condensation respectivement 18 et 19.
  • L'efficacité obtenue pour chacun des électrofiltres testés 3 est le rapport entre la concentration particulaire amont et celle aval.
  • Le résultat des mesures est montré sous formes de courbes en figure 9.
  • A la lecture de ces courbes, il en ressort que la performance de filtration peut être considérée comme équivalente entre une configuration à électrode de collecte 3 à film d'aluminium nu et une configuration avec couche absorbante en PDMS déposée sur le film d'aluminium. Autrement dit, on peut en conclure qu'une couche absorbante en PDMS ne gêne absolument pas le collection électrostatique des particules.
    • Essais N°2:
  • Ces essais consistent à montrer qu'il n'y a pas de remise en suspension dans l'aérosol de particules préalablement piégées par une couche absorbante.
  • Autrement dit, il s'agit de démontrer par la mesure qu'une couche absorbante conforme à l'invention piège effectivement les particules.
  • Le test consiste à polluer (contaminer) de façon contrôlée avec des nanoparticules de TiO2 deux électrodes de collecte, l'une constituée d'un film fin d'aluminium nu d'épaisseur égale à 100µm et de surface 50x50mm2, l'autre d'un film fin d'aluminium d'épaisseur égale à 100µm et de surface 50x50mm2 recouvert d'une couche absorbante en PDMS, réalisée selon les essais N°1.
  • Pour ce faire, on génère des nanoparticules de TiO2 par atomisation d'une solution de 2000ppm de Ti dans un tunnel vertical prévu à cet effet durant 5h, afin de contaminer la surface des électrodes de collecte susmentionnées.
  • La figure 10 montre la granulométrie des nanoparticules TiO2 générées.
  • Puis on procède à un essai de remise en suspension par soufflage.
  • Le soufflage avec un jet d'air comprimé sur les électrodes de collecte permet d'observer ou non le ré-envol des particules préalablement déposées, et donc de démontrer l'adhérence des particules à la surface des électrodes de collectes.
  • On utilise pour ces essais les électrodes de collecte contaminées avec les nanoparticules de TiO2 selon l'étape précédente.
  • Cette étape de soufflage est réalisée au moyen d'un dispositif illustré en figure 11 : chaque électrode de collecte E est positionnée dans une boîte à gants, puis on vient la souffler à l'aide d'une soufflette 5 à air comprimé, typiquement à une pression de 2 bars. Un cône de prélèvement 6 est positionné à proximité de la surface de l'électrode de collecte E pour prélever les nanoparticules qui subissent donc un ré-envol. Le cône 6 est relié en aval à un compteur de particules non représenté, commercialisé sous la dénomination TSI 3775.
  • Les mesures effectuées par le compteur de particules sont donc celles de l'émission particulaire lié au ré-envol des nanoparticules de TiO2.
  • On précise que les mesures ont également été réalisées sur une électrode de collecte sous la forme d'un film fin en aluminium, d'épaisseur 100µm et de surface 50x50mm2, qui n'a pas été préalablement contaminée, afin de servir de référence.
  • La figure 12 illustre sous forme d'une courbe, les mesures de concentration particulaire obtenues lors du soufflage dans les trois configurations d'électrode de collecte évoquées précédemment.
  • On précise que sur ce graphe :
    • l'électrode de collecte de référence, i.e. celle en aluminium non préalablement contaminé, est notée « plaque vierge » ;
    • l'électrode de collecte avec uniquement un film d'aluminium et contaminée aux particules de TiO2 est notée « plaque chargée » ;
    • l'électrode de collecte avec un film d'aluminium revêtu d'une couche absorbante en PDMS contaminée aux particules de TiO2 est notée « plaque chargée avec film».
  • Il ressort du graphe de cette figure 12, qu'il n'y a pas de particules réémises dans le cas de l'électrode de collecte non contaminée, de référence et dans le cas de l'électrode avec la couche absorbante. En revanche, il y a une réémission de particules avec l'électrode uniquement en aluminium contaminée au préalable en surface par les particules de TiO2. L'efficacité de rétention de particules par une couche absorbante en PDMS est donc prouvée. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.
    • Liste des documents cités

Claims (15)

  1. Précipitateur/collecteur électrostatique (3) pour purificateur d'air (1) ou épurateur d'aérosols, comprenant :
    - au moins une électrode de collecte (30);
    - un ensemble (5) de film(s) appliqué sur l'électrode de collecte et comprenant au moins un film (50) comprenant au moins une couche (52) d'absorption des particules et des gaz et une couche (51) électriquement conductrice reliée électriquement à l'électrode de collecte et dont une face principale est recouverte de la couche d'absorption.
  2. Précipitateur/collecteur électrostatique selon la revendication 1, l'ensemble comprenant un empilement d'au moins deux films (50.1, 50.2, 50.3) fixés pelables l'un sur l'autre, les couches électriquement conductrices (51.1, 51.2, 51.3) des films étant reliées électriquement entre elles (53), seule la couche électriquement conductrice (51.1) d'un des films comprenant un adhésif (56) appliqué directement sur l'électrode de collecte, tandis qu'avant pelage successif de chacun des autres films, chaque couche d'absorption (52.1, 52.2, 52.3) est recouverte de la couche électriquement conductrice d'un des autres films, à l'exception de la couche d'absorption (52.3) d'un des autres films la plus éloignée de l'électrode de collecte qui est en contact avec l'air ou un aérosol.
  3. Précipitateur/collecteur électrostatique selon la revendication 2, l'empilement comprenant un nombre entre 3 et 200 films fixés pelables l'un sur l'autre.
  4. Précipitateur/collecteur électrostatique selon l'une des revendications précédentes, la ou les électrodes de collecte étant chacune constituée par un feuillard métallique ou une plaque métallique.
  5. Purificateur d'air (1) ou épurateur d'aérosols comprenant :
    - un précipitateur/collecteur électrostatique (3) selon l'une des revendications 1 à 4;
    - un ioniseur (2) agencé en amont du collecteur électrostatique (3).
  6. Ensemble (5) de film(s) pelable(s), destiné à être appliqué par pelage sur une électrode de collecte d'un précipitateur/collecteur électrostatique, comprenant :
    - deux couches de protection pelables (54, 55),
    - au moins un film (50.1, 50.2) comprenant :
    une couche d'absorption des particules et des gaz, destinée à être au contact avec l'air ou un aérosol, et dont une face principale est revêtue d'une des deux couches de protection pelables,
    une couche électriquement conductrice, destinée à être reliée électriquement à l'électrode de collecte, dont une face principale est recouverte de la au moins une couche d'absorption, et l'autre face principale est revêtue d'un adhésif à appliquer directement sur l'électrode de collecte, l'adhésif étant lui-même revêtu de l'autre des deux couches de protection pelables, l'ensemble comprenant de préférence, un empilement d'au moins deux films fixés pelables l'un sur l'autre, seule la couche électriquement conductrice d'un des films étant revêtue de l'adhésif et l'autres des deux couches de protection pelables, les couches électriquement conductrices des films étant reliées électriquement entre elles, chaque couche d'absorption étant recouverte de la couche électriquement conductrice d'un des autres films à l'exception de la couche d'absorption la plus éloignée de l'électrode de collecte recouverte de l'une des deux couches de protection pelables, chaque couche de protection pelable étant de préférence en un polymère choisi parmi le polyéthylène (PE), polycarbonate (PC), le polyéthylène téréphtalate (PET), le polynaphtalate d'éthylène (PEN), le poly(méthacrylate de méthyle (PMMA), ou un mélange de ceux-ci.
  7. Ensemble de film(s) pelable(s) selon la revendication 6, chaque couche de protection pelable ayant une épaisseur comprise entre 10 et 1000µm.
  8. Ensemble de film(s) pelable(s) selon l'une des revendications 6 ou 7, chaque couche électriquement conductrice étant en métal ou en matériau polymère chargé de métal, notamment sous la forme d'une encre conductrice, et de préférence, sous la forme d'une couche mince, d'une grille, d'un maillage, d'un textile, éventuellement non-tissé, constitué de fibres, fils ou brins métalliques, tissés ou tricotés, ou de fibres revêtues d'un revêtement conducteur continu ou discontinu.
  9. Ensemble de film(s) pelable(s) selon l'une des revendications 6 à 8, chaque couche électriquement conductrice pouvant présenter des reliefs et/ou des creux, notamment sous la forme d'une ondulation sinusoïdale de surface.
  10. Ensemble de film(s) pelable(s) selon l'une des revendications 6 à 9, chaque couche électriquement conductrice ayant une épaisseur comprise entre 1 et 200 µm.
  11. Ensemble de film(s) pelable(s) selon l'une des revendications 6 à 10, chaque couche d'absorption étant en un ou plusieurs matériaux viscoélastiques purs ou chargé(s) de particules, fonctionnalisées ou non.
  12. Ensemble de film(s) pelable(s) selon l'une des revendications 6 à 11, chaque couche d'absorption étant sous la forme d'une couche mince, d'une grille, d'un textile, éventuellement non-tissé, constitué de fibres, fils ou brins, revêtu(e) d'un revêtement absorbant viscoélastique.
  13. Ensemble de film(s) pelable(s) selon l'une des revendications 6 à 12, chaque couche d'absorption pouvant présenter des reliefs et/ou des creux, notamment sous la forme d'une ondulation sinusoïdale de surface.
  14. Ensemble de film(s) pelable(s) selon l'une des revendications 6 à 13, chaque couche d'absorption ayant une épaisseur comprise entre 1 et 1000 µm.
  15. Procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique (3), comprenant au moins une électrode de collecte, comprenant les étapes suivantes :
    a/ fourniture d'un ensemble de film(s) pelable(s) selon l'une des revendications 6 à 14;
    b/ retrait par pelage d'une des couches de protection de sorte à rendre apparent l'adhésif ;
    c/ report de l'ensemble sur l'électrode de collecte par application de l'adhésif sur cette dernière ;
    d/ retrait par pelage de l'autre des couches de protection de sorte à mettre en contact la couche d'absorption la plus éloignée de l'électrode de collecte avec l'air ou un aérosol.
    le procédé comprenant, de préférence, après un cycle initial de fonctionnement du précipitateur/collecteur électrostatique, les étapes ultérieures suivantes :
    e/ mise hors tension du précipitateur/collecteur électrostatique ;
    f/ retrait par pelage du film le plus éloigné de l'électrode de collecte, de sorte à mettre en contact la couche d'absorption du film sous-jacent en contact avec l'air ou l'aérosol et le procédé comprenant de préférence, après chaque cycle de fonctionnement du précipitateur/collecteur électrostatique, suivant le cycle initial, la réitération des étapes e/ et f/ jusqu'à mettre en contact la dernière couche d'absorption restante, en contact avec l'air ou l'aérosol.
EP21172955.3A 2020-05-11 2021-05-10 Précipitateur/collecteur électrostatique à électrode(s) de collecte revêtue(s) d'un ou plusieurs film(s) comprenant une couche électriquement conductrice et une couche absorbante de particules et gaz, ensemble de film(s) pelable(s) associé Pending EP3909684A1 (fr)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117181449A (zh) * 2023-09-12 2023-12-08 珠海格力电器股份有限公司 一种静电集尘板及其免清洗的应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09173902A (ja) * 1995-12-28 1997-07-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気清浄機
US20140076163A1 (en) * 2012-08-31 2014-03-20 Donald H. Hess System for Filtering Airborne Particles
US20150323217A1 (en) * 2012-05-15 2015-11-12 University of Washington Through it's Center for Commercialization Electronic air cleaners and associated systems and methods
US20200061635A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-27 Environmental Management Confederation, Inc. Scrimless and/or aramid filter media

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09173902A (ja) * 1995-12-28 1997-07-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気清浄機
US20150323217A1 (en) * 2012-05-15 2015-11-12 University of Washington Through it's Center for Commercialization Electronic air cleaners and associated systems and methods
US20140076163A1 (en) * 2012-08-31 2014-03-20 Donald H. Hess System for Filtering Airborne Particles
US20200061635A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-27 Environmental Management Confederation, Inc. Scrimless and/or aramid filter media

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. BLANCHARD: "thèse", 13 November 2008, L'UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR, article "Optimisation électrique et géométrique d'un électrofiltre à barrière diélectrique en configuration fil-tube carré. Application aux particules submicroniques"
HAK-JOON KIM ET AL.: "Air cleaning performance of a novel electrostatic air purifier using activated carbon fiber filter for passenger cars", PROC. 2016 ELECTROSTATICS JOINT CONFÉRENCE
W. HINDS: "Aerosol Technology", 1999

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117181449A (zh) * 2023-09-12 2023-12-08 珠海格力电器股份有限公司 一种静电集尘板及其免清洗的应用

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