EP3909684A1 - Electrostatic precipitator/manifold with collection electrode(s) coated with one or more film(s) comprising an electrically conductive layer and an absorbent layer of particles and gas, associated set of peelable film(s) - Google Patents
Electrostatic precipitator/manifold with collection electrode(s) coated with one or more film(s) comprising an electrically conductive layer and an absorbent layer of particles and gas, associated set of peelable film(s) Download PDFInfo
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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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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.
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.The invention relates to an electrostatic precipitator / collector (3) for an air purifier (1) or aerosol cleaner, comprising: - at least one collection electrode (30); - a set (5) of film (s) applied to the collection electrode and comprising at least one film (50) comprising at least one particle and gas absorption layer (52) and an electrically conductive layer (51) electrically connected to the collection electrode and of which a main face is covered with the absorption layer.
Description
La présente invention concerne le domaine de la purification d'air et d'épuration d'aérosols, susceptible de contenir des particules en suspension.The present invention relates to the field of air purification and aerosol purification, which may contain particles in 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.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.
Bien que décrite en référence à une application de purification d'air, l'invention s'applique à toute épuration d'aérosols.Although described with reference to an air purification application, the invention applies to any aerosol purification.
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.Many air filtration techniques intended to respond to the growing problem of atmospheric pollution have been developed, in particular for the industrial sector. The general principle of filters consists of recycling the air by sucking, filtering and then rejecting the air thus purified of its pollutants.
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.In order to trap particles or dust, mention may in particular be made of mechanical filters, hydraulic filters, filters with filter layers, electric filters: [1]. Generally, there are several filters arranged one after the other in the flow of air to be filtered. A single filter grouping together different functional layers can also be implemented.
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...).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.).
La précipitation ou collection électrostatique est une méthode de choix qui permet la collecte de particules d'aérosols pour une large gamme granulométrique.Precipitation or electrostatic collection is a method of choice which allows the collection of aerosol particles for a wide particle size range.
Le fonctionnement de l'électrofiltration ou précipitation électrostatique ou collection électrostatique repose sur la mise en œuvre de trois étapes essentielles :
- 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 ;
- ii/ collecte des particules chargées selon l'étape i/;
- iii/ récupération des particules collectées.
- i / application of an electric field, in particular an intense electric field to create a corona discharge effect which participates in the charge of the particles in suspension in the gases to be treated;
- ii / collecting the charged particles according to step i /;
- iii / recovery of the collected particles.
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.When an intense electric field is generated in a volume where aerosol particles are present, the latter can become electrically charged according to two distinct charging mechanisms and this can occur concomitantly.
La publication [2], en particulier la figure 15.
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.Electrically charging aerosol particles requires the presence of unipolar ions in high concentration. By far the most efficient method of creating these ions in atmospheric air is corona discharge.
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.To produce a corona discharge, an electrostatic field must be established in a geometry which makes it possible to make it non-uniform. More exactly, 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. Thus, by a process which originates from the electrons and ions created by natural irradiation, the electrons are accelerated in the intense electric field created in the vicinity of the electrode with (very) small radius of curvature. By the high voltage imposed, if this field exceeds a critical value, an avalanche effect causes ionization of the air in this space. This phenomenon is called corona discharge.
A titre d'exemple, on a représenté aux
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.For example in a point-to-plane configuration, if the point is positive with respect to the plane, the electrons move rapidly towards the point while the positive ions move towards the plane, then creating a positive unipolar space. In addition, 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.
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.Conversely, if 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. In all cases, even if the process of creating positive or negative ions is not exactly symmetrical, 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.
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.Thus, 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. In addition, the field used to create the corona effect and the electric wind also participate in the field charging process.
Pour les autres configurations montrées aux
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.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.
Ils semblent particulièrement intéressants, de par leur principe de fonctionnement très simple et leur grande efficacité.They seem particularly interesting, because of their very simple operating principle and their high efficiency.
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.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.
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.That is, in the simplest electrostatic precipitators, with a wire-cylinder geometry, a very high electric potential is applied to the wire, called 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.
Les particules chargées positivement subissent alors une force due au champ électrique qui les conduit vers l'électrode reliée à la terre.The positively charged particles then undergo a force due to the electric field which leads them towards the electrode connected to the ground.
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.If 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.
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.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.
On peut distinguer trois catégories de précipitateurs électrostatiques.We can distinguish three categories of electrostatic precipitators.
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.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. Among these, we can cite, in addition to the wire-cylinder already mentioned, the configurations of the wire-plate type. where a plurality of parallel wires constitute the emissive electrodes and a plate constitutes a collecting electrode. Reference may be made to publication [3] to view different concrete embodiments according to these 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.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.
On a représenté en
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.The
Le précipitateur 3 comprend des plaques électriquement conductrices 30, 31 parallèles entre elles et aux plaques 4 de masse entre lesquelles elles sont agencées.The
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.The operation of such a
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].Finally, 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].
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.On the other hand, 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.
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.To return more specifically to single or double-stage dry electrostatic precipitators, their effectiveness depends, among other things, on the concentration, the migration speed and the charge of the particles, the turbulent nature or not of the flow, or even the reentraining phenomenon.
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.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.
En pratique, les électrofiltres secs sont nettoyés de différentes façons en fonction de l'application considérée.In practice, dry electrostatic precipitators are cleaned in different ways depending on the application considered.
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.For example, for industrial electrostatic precipitators dealing with large quantities of dust, 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. Moreover, this cleaning operation does not guarantee to find truly clean electrodes.
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.Many air purifiers already on the market use dry electrostatic precipitators with instructions for use which mention the cleaning of electrodes to be carried out.
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.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.
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.
- with regard to the complexity of effectively cleaning the device: the disassembly, handling and reassembly of the parts involve certain technical knowledge which may be complex for some users;
- on cleaning with water: the transfer of the particulate pollution collected by the device into the wastewater will require subsequent filtration steps in its treatment phase. The principle of cleaning with water is therefore questionable and unsatisfactory;
- on drying: the assembly of the collector plates generates numerous areas of water retention and interstices (folded sheet, slots, screws, etc.). Consequently, obtaining a short time for guaranteed complete drying is illusory or else complex to implement.
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.Another type of dry electrostatic precipitator has been proposed in the publication [6]: it is designed to be compact and to capture both particles and gaseous pollutants.
Tel qu'illustré en
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.In the upstream 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.
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.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.
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.The major drawbacks of this electrostatic precipitator are, as for the other dry electrostatic precipitators mentioned, reliability and maintenance. Regarding reliability, it is possible that there is reentraining of particles. Furthermore, when subjected to vibrations, the activated carbon fabric can itself emit particles in the gas flow. Regarding 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.
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.There is a need to further improve precipitators / electrostatic collectors / electrostatic precipitators, in particular in order to increase their efficiency, reliability and safety and also to allow, in addition to collecting particles, the filtration of gases. The general aim of the invention is then to respond at least in part to this need.
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.
- at least one collection electrode;
- a set of film (s) applied to the collection electrode and comprising at least one film comprising at least one particle and gas absorption layer and an electrically conductive layer electrically connected to the collection electrode and one side of which main is covered with the absorption layer.
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.According to an advantageous embodiment, 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.
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.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).
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.Also in the context of the invention, all the films of the same set may not be identical. Thus, 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.
La ou les électrodes de collecte peuvent chacune être constituée par un feuillard métallique ou une plaque métallique.The collection electrode (s) can each be formed by a metal strip or a metal plate.
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.
- an electrostatic precipitator / collector as described above;
- an ionizer arranged upstream of the electrostatic collector.
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.
- two peelable protective layers,
- at least one film comprising:
- a particle and gas absorption layer, intended to be in contact with air or an aerosol, and one main face of which is coated with one of the two peelable protective layers,
- an electrically conductive layer, intended to be electrically connected to the collection electrode, one main face of which is covered with the at least one absorption layer, and the other main face is coated with an adhesive to be applied directly to the 'collection electrode, the adhesive itself being coated with the other of the two peelable protective layers. According to an advantageous embodiment, the assembly comprises a stack of at least two attached films peelable one on the other, only the electrically conductive layer of one of the films being coated with the adhesive and the other with two peelable protective layers, the electrically conductive layers of the films being electrically connected to each other, each absorption layer being covered with the electrically conductive layer of one of the other films except for the absorption layer furthest from the collection electrode covered with one of the two peelable protective layers.
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.Advantageously, 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 μm.
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.Advantageously, 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.
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).Again advantageously, 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. In the context of the invention, 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).
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.According to an advantageous characteristic, 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.
Avantageusement encore, chaque couche électriquement conductrice ayant une épaisseur comprise entre 1 et 200 µm.Again advantageously, each electrically conductive layer having a thickness of between 1 and 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).Advantageously, 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).
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.Again advantageously, 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.
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.Again advantageously, 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.
Avantageusement encore, chaque couche d'absorption a une épaisseur comprise entre 1 et 1000 µm.Again advantageously, each absorption layer has a thickness of between 1 and 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 :
- a/ fourniture d'un ensemble de film(s) pelable(s) tel que décrit précédemment;
- 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. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend, 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.
- a / supply of a set of peelable film (s) as described above;
- b / removal by peeling off one of the protective layers so as to make the adhesive visible;
- c / transfer of the assembly onto the collection electrode by applying the adhesive to the latter;
- d / removal by peeling of the other of the protective layers so as to bring the absorption layer furthest from the collection electrode into contact with air or an aerosol. According to an advantageous embodiment, the method comprises, after an initial operating cycle of the precipitator / electrostatic collector, the following subsequent steps:
- e / switching off the precipitator / electrostatic collector;
- f / removal by peeling of the film furthest from the collection electrode so as to bring the absorption layer of the underlying film into contact with the air or the aerosol.
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.According to an even more advantageous embodiment, 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.
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.Thus, 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.
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.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.
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...)
- a surface adhesion greater than that of a metal surface such as that of a collection electrode according to the state of the art;
- absorption of pollutants, a mechanism for renewing the surface;
- the possibility of monitoring the saturation state of each peeled absorbent layer after a cycle, by physical measurement (optical, electrical, capacitive, etc.)
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.
- simplification of the maintenance of an electrostatic precipitator compared to those of the state of the art: no tools or liquid and / or detergent to use, no pollution transfer to manage;
- increased purification efficiency: no risk of pollutants re-airing into the gas volume, no re-entrainment, the absorbent surfaces being truly renewed after each maintenance cycle. In other words, each time it is put back into service, the absorbent surface in contact with the polluted air is new and virgin;
- safety for the operator during maintenance: no rinsing liquid to use, no pulverization, a simple peeling action to perform;
- easy treatment / recycling of waste: each peelable film confines pollution and can enter a common recycling channel such as incineration or specific, for example to recover and give a second life to the particles collected;
- the possibility of instrumenting an electrostatic precipitator according to the invention in order to know the number of peelable films remaining on the collection electrode and to know the fouling state of the set of films;
- the possibility of using each of the peelable films for a posteriori analysis of the pollutants collected (contamination of premises, process incidents, etc.). Moreover, each peelable film can be easily positioned on surfaces under tension or not, other than the collection electrodes.
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.
- to reduce or even eliminate their loss of efficiency linked to the phenomenon of particle re-entrainment;
- to reduce or even eliminate their loss of efficiency and their lack of reliability linked to the difficulty of guaranteeing that at the end of the step of cleaning the collector plates according to the state of the art, the surface of the electrodes is truly decontaminated and free from pollution;
- guarantee the operator's safety during the maintenance operation linked to the dustiness of the particles: in fact, the particles collected on the collection plates according to the state of the art are linked to each other and to the surface itself electrodes by electrostatic forces that can be considered weak. Consequently, during maintenance a resuspension in the gas volume is possible, which the absorbent layers according to the invention avoid;
- to guarantee safety when the appliance is put back into service after maintenance: As all the internal surfaces of an electrostatic precipitator or air purifier according to the state of the art are not accessible, pollution can accumulate, some areas trap water or stay moist.
- to achieve filtration of both gases and particles.
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.Other advantages and characteristics will emerge better on reading the detailed description, given by way of illustration and not by way of limitation, with reference to the following figures.
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Fig 1A ] lafigure 1A est une vue schématique d'une première configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.[Fig 1A ] thefigure 1A is a schematic view of a first electrode configuration for obtaining a corona effect by electric discharge. -
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Fig 1B ] lafigure 1B est une vue schématique d'une deuxième configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.[Fig 1B ] thefigure 1B is a schematic view of a second electrode configuration for obtaining a corona effect by electric discharge. -
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Fig 1C ] lafigure 1C est une vue schématique d'une troisième configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.[Fig 1C ] thefigure 1C is a schematic view of a third electrode configuration for obtaining a corona effect by electric discharge. -
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Fig 1D ] lafigure 1D est une vue schématique d'une quatrième configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.[Fig 1D ] thefigure 1D is a schematic view of a fourth electrode configuration for obtaining a corona effect by electric discharge. -
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Fig 1E ] lafigure 1E est une vue schématique d'une cinquième configuration d'électrode pour obtenir un effet couronne par décharge électrique.[Fig 1E ] thefigure 1E is a schematic view of a fifth electrode configuration for obtaining a corona effect by electric discharge. -
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Fig 2 ] lafigure 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 2 ] thefigure 2 is a schematic view in longitudinal section of a double-stage electrostatic precipitator, ie with a stage forming an ionizer and a stage forming a particle collector, in the continuity of the ionizer. -
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Fig 3 ] lafigure 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 3 ] thefigure 3 is a schematic view of an example of an electrostatic precipitator with a collection electrode coated with a set of peelable films according to the invention. -
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Fig 4 ] lafigure 4 est une illustration schématique du pelage de films d'un ensemble conforme à l'invention.[Fig 4 ] thefigure 4 is a schematic illustration of the peeling of films of an assembly according to the invention. -
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Fig 5 ] lafigure 5 est une vue schématique d'un unique film conforme à l'invention.[Fig 5 ] thefigure 5 is a schematic view of a single film according to the invention. -
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Fig 6 ] lafigure 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 6 ] thefigure 6 schematically illustrates a stacking assembly of peelable films according to the invention coated on both sides with a peelable protective layer before placement in an electrostatic precipitator / collector. -
[
Fig 7A ] lafigure 7A illustre schématiquement une première étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention.[Fig 7A ] thefigure 7A schematically illustrates a first step of a process for producing an electrostatic precipitator / collector according to the invention. -
[
Fig 7B ] lafigure 7B illustre schématiquement une deuxième étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention.[Fig 7B ] thefigure 7B schematically illustrates a second step of a method for producing an electrostatic precipitator / collector according to the invention. -
[
Fig 7C ] lafigure 7C illustre schématiquement une troisième étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention.[Fig 7C ] thefigure 7C schematically illustrates a third step of a method for producing an electrostatic precipitator / collector according to the invention. -
[
Fig 7D ] lafigure 7D illustre schématiquement une quatrième étape d'un procédé de réalisation d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention.[Fig 7D ] thefigure 7D schematically illustrates a fourth step of a process for producing an electrostatic precipitator / collector according to the invention. -
[
Fig 7E ] lafigure 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 7E ] thefigure 7E schematically illustrates a step of a method for producing an electrostatic precipitator / collector according to the invention, after a first cycle of use. -
[
Fig 7F ] lafigure 7F illustre schématiquement une étape de fonctionnement d'un précipitateur/collecteur électrostatique selon l'invention après l'étape selon lafigure 7E .[Fig 7F ] thefigure 7F schematically illustrates an operating step of an electrostatic precipitator / collector according to the invention after the step according tofigure 7E . -
[
Fig 8 ] lafigure 8 est une représentation schématique d'un dispositif d'essais expérimentaux d'efficacité d'un précipitateur/collecteur électrostatique conforme à l'invention.[Fig 8 ] thefigure 8 is a schematic representation of an experimental device for testing the efficiency of an electrostatic precipitator / collector in accordance with the invention. -
[
Fig 9 ] lafigure 9 illustre sous forme de courbes le résultat des essais conduits avec le dispositif de lafigure 8 .[Fig 9 ] thefigure 9 illustrates in the form of curves the results of the tests carried out with the device of thefigure 8 . -
[
Fig 10 ] lafigure 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 10 ] thefigure 10 illustrates the distribution of the particle size distribution of TiO 2 particles generated by atomization and intended to be collected by a prototype of a film in accordance with the invention. -
[
Fig 11 ] lafigure 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 11 ] thefigure 11 illustrates another experimental device intended for resuspension tests of TiO 2 particles which have previously been collected by a film in accordance with the invention on a collection electrode or on a bare collection electrode. -
[
Fig 12 ] lafigure 12 illustre la mesure de la concentration des particules collectées lors du soufflage par le dispositif de lafigure 11 selon différentes configurations d'électrode de collecte.[Fig 12 ] thefigure 12 illustrates the measurement of the concentration of particles collected during blowing by the device of thefigure 11 according to different collection electrode configurations.
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.Throughout the present application, the terms “inlet”, “outlet”, “upstream” and “downstream” are to be understood by reference with respect to the direction of the suction flow through an electrostatic precipitator according to the invention. Thus, the inlet orifice 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.
Les
Par souci de clarté, un même élément selon l'art antérieur et l'invention est désigné par la même référence numérique.For the sake of clarity, the same element according to the prior art and the invention is designated by the same numerical reference.
On précise que dans l'ensemble des
On a représenté en
Un ensemble 5 de film(s) pelables est appliqué sur l'électrode de collecte 30.A
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
Comme montré en
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.The function of the
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.The
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.In the stack of the assembly, 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
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
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.To ensure the application of the
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 (
Chacune des couches 54, 55 peut être en polyéthylène (PE). A titre d'exemple, son épaisseur peut être de 100 µm.Each of the
On décrit maintenant en référence aux
- 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
54, 55 de part et d'autre de l'empilement (protection figure 7A ). - Etape b/ : on retire par pelage la couche de
protection 54 de sorte à rendreapparent 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.
- Step a / : a set of peelable film (s) 5 with three films 50.1, 50.2, 50.3 protected by the two
54, 55 on either side of the stack (protective layers figure 7A ). - Step b / : the
protective layer 54 is peeled off so as to make the adhesive 56 visible, which will allow theassembly 5 to be transferred onto the collection electrode 30 (figure 7B , traction T on layer 54). - Step c /: the
assembly 5 is then transferred to thecollection electrode 30 by applying the adhesive 56 to the latter (figure 7C ). - Step d /: the
protective layer 55 is peeled off so as to bring the absorption layer 52.3 furthest from the collection electrode into contact with air or an aerosol (figure 7C ).
Theelectrostatic precipitator 3 can then be operated, thecollection electrode 30 of which serves as a support for the peelable assembly equipped with the assembly 5 (figure 7D ).
A high voltage is applied, the conductive layer 51.1 in electrical continuity with the collection electrode is grounded. Due to the electrical continuity, all the conductive layers 51.1, 51.2, 51.3 are at the same potential as the collection electrode. Subjected to the displacement of the gas flow and to the Coulomb force, the particles move towards the surface of thecollection electrode 30. The particles coming into contact with the absorbent layer 52.3 adhere to it and are gradually absorbed. Certain gases can also come to be adsorbed on the surface and also be absorbed in the long term by the layer 52.3. - Steps e /: After an operating period corresponding to an initial cycle, a maintenance operation consists in cutting off the high voltage, that is to say in de-energizing the electrostatic precipitator.
- Step f /: the film 50.3 furthest from the
collection electrode 30 is then peeled and therefore separated from the rest of the assembly 5 (figure 7E, figure 7F ). This peeling operation can be manual or mechanical.
La couche absorbante 52.2 du film intermédiaire 50.2 est alors au contact du flux gazeux à traiter.The absorbent layer 52.2 of the intermediate film 50.2 is then in contact with the gas stream to be treated.
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 (
Le précipitateur électrostatique 3 est ainsi remis en service avec une couche absorbante neuve, et donc dans de meilleures conditions d'utilisation.The
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.After a new operating cycle of the precipitator / electrostatic collector, following the initial cycle, steps e / and f / can be repeated until the last remaining absorption layer 52.1 comes into contact with air or l 'aerosol.
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...)
- a surface adhesion greater than that of a metal surface such as that of a collection electrode according to the state of the art;
- absorption of pollutants, a mechanism for renewing the surface;
- the possibility of monitoring the saturation state of each peeled absorbent layer after a cycle, by physical measurement (optical, electrical, capacitive, etc.)
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.The inventors carried out three types of experimental laboratory tests in order to prove the feasibility of a
Ces essais consistent à réaliser un film pelable 50.These tests consist in producing a
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.The
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.
- its temperature range of use is wide, typically between -50 ° C and 200 ° C;
- depending on the size of the monomer chain, PDMS has an adjustable viscosity: with a low n, the state is liquid, while with a high n, the state is solid. It can therefore act as a viscous liquid or as a rigid elastic, similar to rubber;
- the modulus of elasticity (Young's modulus) E of PDMS, with a typical value around 3 MPa, is adjustable and changes as a function of its crosslinking state;
- PDMS is a hydrophobic elastomer because of the methyl groups present on the surface. Polar solvents such as water have difficulty wetting (contact angle at 110 ° C) while hydrophobic contaminants can easily adsorb to the surface;
- PDMS is permeable to gas, molecules can therefore diffuse within it;
- in the presence of surface pollution, the PDMS reorganizes itself to regain a chemical equilibrium at the surface, this results in the encapsulation of pollutants. The kinetics of this phenomenon depends on the degree of crosslinking and therefore on the viscosity. Surface chemistry tends to remain hydrophobic spontaneously, this is possible thanks to the low molecular weights (uncrosslinked -CH3) which rise to the surface and the rearrangement of chains to minimize energy (reorientation of polar groups from the surface to the volume or non-polar groups from the volume to the surface);
- PDMS is chemically inert;
- PDMS is inexpensive;
- PDMS is non-toxic;
- PDMS has good deformability in traction and in compression;
- the PDMS can easily incorporate loads;
- the PDMS can be optically transparent.
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.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.
Le produit initial choisi est le produit commercialisé sous la dénomination Sylgard 184™ de la société Dow Corning.The initial product chosen is the product marketed under the name Sylgard 184 ™ from the company 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.
- mixture of the base and the crosslinking agent in a ratio of 10/1 by weight;
- degassing of the bubbles formed by placing under vacuum at room temperature;
- dispenses mixture on the substrate;
- production of a sample in the form of a thin and uniform layer by a centrifugal coating technique (in English "spin coating") at a speed of 3000 rev / min for 60s;
- crosslinking of the layer obtained at a temperature of 100 ° C. for a period of 20 min at atmospheric pressure: the thickness of the layer obtained is 15 μm;
- cooling the thin sample layer to room temperature;
- store the sample in a bag to protect the surface until use.
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.In the end, the weakly crosslinked PDMS absorbent layer obtained exhibits good surface adhesion and allows adhesive rupture (RA), in order to constitute part of an
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.The purpose of these tests is to prove the filtration efficiency of an
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.In other words, it is a matter of showing that the presence of the absorbent layer of PDMS, obtained according to tests No. 1, on the collection electrode does not alter the filtration efficiency of the electrostatic precipitator.
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.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 .
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.The first filtration test, as a comparative test, uses a collecting electrode in the form of a single thin aluminum film, with a thickness equal to 100 μm, and with a surface area of 50x50mm 2 .
Le deuxième essai est réalisé avec le même film d'aluminium recouvert de la couche absorbante en PDMS, réalisée selon les essais N°1.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.
Pour réaliser les mesures, les inventeurs ont mis en œuvre le dispositif expérimental 10, illustré en
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.More precisely, once generated the aerosol passes through a
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.During the tests, the aerosol flow rate is set at 2 L / min as measured by the air mass flowmeter 17 (DMA) upstream of the
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.The particulate concentration is measured upstream and downstream of the
L'efficacité obtenue pour chacun des électrofiltres testés 3 est le rapport entre la concentration particulaire amont et celle aval.The efficiency obtained for each of the electrostatic precipitators tested 3 is the ratio between the particle concentration upstream and that downstream.
Le résultat des mesures est montré sous formes de courbes en
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.On reading these curves, it emerges that the filtration performance can be considered as equivalent between a configuration with a
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.These tests consist in showing that there is no resuspension in the aerosol of particles previously trapped by an absorbent layer.
Autrement dit, il s'agit de démontrer par la mesure qu'une couche absorbante conforme à l'invention piège effectivement les particules.In other words, it is a matter of demonstrating by measuring that an absorbent layer in accordance with the invention effectively traps the particles.
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.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 μm and a surface area of 50x50mm 2 , the other a thin aluminum film with a thickness equal to 100 μm and a surface area of 50x50mm 2 covered with an absorbent layer of PDMS, produced according to tests No. 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.To do this, 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.
La
Puis on procède à un essai de remise en suspension par soufflage.A blow-molding resuspension test is then carried out.
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.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.
On utilise pour ces essais les électrodes de collecte contaminées avec les nanoparticules de TiO2 selon l'étape précédente.The collection electrodes contaminated with the TiO 2 nanoparticles according to the previous step are used for these tests.
Cette étape de soufflage est réalisée au moyen d'un dispositif illustré en
Les mesures effectuées par le compteur de particules sont donc celles de l'émission particulaire lié au ré-envol des nanoparticules de TiO2.The measurements made by the particle counter are therefore those of the particulate emission linked to the re-flight of the TiO 2 nanoparticles.
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.It should be noted that the measurements were also carried out on a collection electrode in the form of a thin aluminum film, 100 μm thick and with a surface area of 50 × 50 mm 2 , which was not previously contaminated, in order to serve as a reference.
La
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».
- the reference collection electrode, ie the one made of uncontaminated aluminum, is denoted "blank plate";
- the collection electrode with only an aluminum film and contaminated with TiO 2 particles is denoted “charged plate”;
- the collection electrode with an aluminum film coated with an absorbent layer of PDMS contaminated with TiO 2 particles is denoted "plate loaded with film".
Il ressort du graphe de cette
-
[1]:
R. Gouri, « Optimisation électrique et géométrique d'un électrofiltre à barrière diélectrique en configuration fil-tube carré. Application aux particules submicroniques », thèse de l'Université de Poitiers, 2012 R. Gouri, “Electrical and geometric optimization of a dielectric barrier electrostatic precipitator in square wire-tube configuration. Application to submicronic particles ”, thesis of the University of Poitiers, 2012 -
[2]:
W. Hinds, « Aerosol Technology », 2nd Edition, 1999 W. Hinds, “Aerosol Technology”, 2nd Edition, 1999 -
[3]:
S. Souakri, « Optimisation des performances d'un procédé industriel d'électrofiltration alimenté par hautes puissances pulsées », thèse de l'Université de Pau et des pays de l'Adour, 2016 S. Souakri, “Optimization of the performance of an industrial electrofiltration process powered by high pulsed power”, thesis of the University of Pau and the Adour countries, 2016 -
[4] :
D. Blanchard, « Collecte des fines particules et caractérisation des couches de poussière dans un précipitateur électrostatique », thèse de l'Université Joseph Fourier Grenoble 1, HAL Id: tel-01691130, 2001 D. Blanchard, “Collection of fine particles and characterization of dust layers in an electrostatic precipitator”, thesis of the University Joseph Fourier Grenoble 1, HAL Id: tel-01691130, 2001 -
[5]:
B Benamar, « La faisabilité de l'électrofiltration d'une atmosphère chargée en poussières de bois : étude expérimentale et numérique », thèse de l'Université Henri Poincaré, Nancy 1, 13 novembre 2008 B Benamar, “The feasibility of electrofiltration of an atmosphere loaded with wood dust: experimental and numerical study”, thesis of the University Henri Poincaré, Nancy 1, November 13, 2008 -
[6]:
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 Conference 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 Conference
Claims (15)
le procédé comprenant, de préférence, après un cycle initial de fonctionnement du précipitateur/collecteur électrostatique, les étapes ultérieures suivantes :
the method comprising, preferably, after an initial cycle of operation of the precipitator / electrostatic collector, the following subsequent steps:
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2004600A FR3109901B1 (en) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | Electrostatic precipitator/collector with collection electrode(s) coated with one or more film(s) comprising an electrically conductive layer and an absorbent layer of particles and gases, associated set of peelable film(s). |
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Publication Number | Publication Date |
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EP3909684A1 true EP3909684A1 (en) | 2021-11-17 |
Family
ID=71784262
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP21172955.3A Pending EP3909684A1 (en) | 2020-05-11 | 2021-05-10 | Electrostatic precipitator/manifold with collection electrode(s) coated with one or more film(s) comprising an electrically conductive layer and an absorbent layer of particles and gas, associated set of peelable film(s) |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3909684A1 (en) |
FR (1) | FR3109901B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09173902A (en) * | 1995-12-28 | 1997-07-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Air cleaner |
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 |
-
2020
- 2020-05-11 FR FR2004600A patent/FR3109901B1/en active Active
-
2021
- 2021-05-10 EP EP21172955.3A patent/EP3909684A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH09173902A (en) * | 1995-12-28 | 1997-07-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Air cleaner |
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Title |
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W. HINDS: "Aerosol Technology", 1999 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3109901A1 (en) | 2021-11-12 |
FR3109901B1 (en) | 2023-08-11 |
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