EP3917675A1 - Module et système de dépollution d'air - Google Patents

Module et système de dépollution d'air

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EP3917675A1
EP3917675A1 EP20705235.8A EP20705235A EP3917675A1 EP 3917675 A1 EP3917675 A1 EP 3917675A1 EP 20705235 A EP20705235 A EP 20705235A EP 3917675 A1 EP3917675 A1 EP 3917675A1
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EP
European Patent Office
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module
air
flow
electrode
water
Prior art date
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Application number
EP20705235.8A
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German (de)
English (en)
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EP3917675B1 (fr
Inventor
Jean-Maxime Roux
Jean-Luc Achard
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Publication of EP3917675B1 publication Critical patent/EP3917675B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/16—Plant or installations having external electricity supply wet type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/12—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by separation of ionising and collecting stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/45—Collecting-electrodes
    • B03C3/49—Collecting-electrodes tubular
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/45—Collecting-electrodes
    • B03C3/53—Liquid, or liquid-film, electrodes

Definitions

  • the present invention relates to an air pollution control module by wet electrofiltration. This will notably concern urban air.
  • the invention also relates to a system comprising several modules of the same type assembled together. Finally, the invention relates to an air pollution control method using said system.
  • Air pollution in cities is a global public health problem.
  • the air breathed by populations contains a high rate of pollutants such as for example:
  • Airborne particles particles in suspension, micro and nanoparticles from combustion processes, pollens, airborne microorganisms, etc.
  • Noxious gases Ozone, carbon monoxide, NOx, etc.
  • the aim of the invention is to provide a solution allowing pollution control distributed over an arbitrary number of sites according to a given area depending on the level of pollution of each site, which is reliable, which is energy efficient and which does not require a too frequent maintenance. Disclosure of the invention
  • an air pollution control module by wet electrofiltration which comprises:
  • At least a first tubular duct of helical shape with closed section having a wall delimiting an internal space and an external space and comprising a water inlet, an air inlet and an air outlet,
  • Said ramp comprising a continuous flow surface over its entire length and in contact with said first electrode (33),
  • Said flow ramp being inclined along a slope forming an angle greater than 0 ° and less than 60 °.
  • the module comprises a collecting duct connected to said air outlet.
  • the collecting duct is inserted in the axis of the first helical duct.
  • the module comprises upstream mechanical connection means to connect to an adjacent upstream module and downstream mechanical connection means to connect to an adjacent downstream module.
  • the module comprises electrical connection means connected to the second electrode.
  • the module includes electrical connection means connected to the first electrode.
  • the module comprises two conduits of helical shape wound around the same axis, each comprising a separate flow ramp.
  • the invention also relates to an air pollution control system by wet electrofiltration, which comprises: - n modules, n being greater than or equal to 1, each module being as defined above and identified by a rank i, with i ranging from 1 to n,
  • a system for generating an air flow to be decontaminated arranged to generate at least one air flow through the air inlet of a row i module
  • a system for generating a water flow connected to the water inlet of the row 1 module to generate said water flow
  • the system for generating an air flow to be decontaminated comprises at least one suction pump or a fan mechanically connected to the air outlet of the module of row n.
  • the modules are interconnected mechanically as well as electrically by their respective second electrode.
  • the system for generating an air flow to be decontaminated is connected to the air inlet of each module to generate an air flow in each module through their respective air inlet.
  • the system for generating a flow of water comprises means for sucking water taken from a drinking water or filtered water circuit.
  • the system for generating a water flow comprises means for sucking water taken from a water circuit internal to the air pollution control system, operating in a closed circuit.
  • the system for generating a water flow comprises a reservoir placed above the air pollution control system to generate said water flow.
  • the reservoir can be supplied with rainwater.
  • the system comprises a second tubular duct coaxial with said first duct of each module, extending from the module of row 1 to the module of row n, and in that the air outlet of each module is connected to a separate air inlet from this second duct.
  • the system comprises discharge means comprising at least one discharge electrode brought to high voltage and producing in its vicinity ionization of the air to be decontaminated.
  • discharge means comprising at least one discharge electrode brought to high voltage and producing in its vicinity ionization of the air to be decontaminated.
  • the invention also relates to an air pollution control process, implemented using the system as defined in one of the above claims and comprising the following steps:
  • FIG. 1 illustrates the principle of implantation of several air pollution control systems according to the invention within a city
  • FIG. 2 represents, along a vertical plane, a view in longitudinal section of the duct of an air pollution control module according to the invention and illustrates its operating principle
  • FIG. 3 represents a view in cross section of the duct of an air pollution control module according to the invention.
  • FIG. 4 represents a view in cross section of the duct of the air pollution control module according to an alternative embodiment
  • FIG. 5 represents a pollution control module according to the invention, produced in a helical shape
  • FIG. 6 represents a cross-sectional view of an air pollution control module according to the invention and illustrates its operating principle
  • FIG. 7 illustrates the operating principle of an air pollution control module according to the invention
  • FIG. 8 schematically represents the air pollution control system of the invention and illustrates its operating principle
  • FIG. 9 represents a system with two helical modules assembled together
  • FIG. 10 illustrates the operating principle of the pollution control system of the invention, at the junction between two of its modules
  • FIG. 11 schematically illustrates an alternative embodiment of the pollution control system of the invention
  • FIG. 12 schematically illustrates the operating principle of an air pollution control installation including several air pollution control systems in accordance with the invention
  • upstream and downstream are to be understood taking into account the direction of the air and water flows present in the system.
  • the air pollution control system of the invention is based on the principle of wet electrofiltration, also called the principle of wet electrostatic precipitation. This involves trapping the particles P present in the polluted air by precipitation in a flow of water using an electrostatic field E, the flow of water being produced in the invention in the form of a blade. or a liquid film flowing continuously over a surface.
  • the 1_x system (with x ranging from 1 to 4 in Figure 1) of the invention can in particular be attached to a building 2 with several floors, such as a down pipe rainwater, making it easy to implement and deploy in existing architectures. Such a system is thus deployed around a substantially vertical central axis.
  • the system is intended to suck the polluted surrounding air in the form of one or more air streams F air in, to treat the polluted air in its column and to reject the cleaned air to the outside, under the form of an outgoing air flow F_air_out.
  • the system can trap particles contained in the air, certain polluting gases such as soluble acid gases (S0 2 , HCl, NH 3, etc.) and even heavy metals in the gaseous state or under particle form.
  • polluting gases such as soluble acid gases (S0 2 , HCl, NH 3, etc.) and even heavy metals in the gaseous state or under particle form.
  • the 1_x system can be composed of several modules Mi assembled together and placed end to end.
  • the system can thus include n modules of the same type, n being greater than or equal to 1. It will be considered that a single module Mi is however sufficient to produce the system and to implement the principle of the invention.
  • a module Mi of the system is in the form of a preferably one-piece element.
  • a module Mi comprises a duct 30 with a closed cross section located in a meridian plane defined with respect to said central axis in which it is a question of passing both an air flow Fi air and a flow of water F_eau.
  • the conduit 30 is made of a material which is electrically insulating.
  • the air flow Fi air and the water flow F_eau are advantageously oriented in the same direction and in the same direction inside the duct 30 (FIG. 3).
  • the duct 30 thus comprises a wall 300 delimiting an internal space forming the flow section 301 of the duct 30 and an external space located on the outside.
  • This flow section 301 comprises a flow channel 302 of the air flow Fi air and a flow ramp 303 of the water flow F_eau which are superimposed, the two flows being intended to be in contact with one another. the other during their circulation in the conduit 30.
  • the conduit has an upper border located at the inlet of the conduit and a lower border located at the end of the conduit.
  • the module Mi comprises an air inlet at its upper border through which the air flow Fi air is injected and a water inlet at its upper border through which the water flow is injected.
  • the module then comprises at least two electrodes 33, 34 between which is established the electrostatic field E which allows the precipitation of the particles P of the air to be decontaminated in the water flow F_eau.
  • a first electrode 33 is integrated or advantageously fixed to the wall 300 of the pipe 30 which forms the water flow ramp 303 so as to be covered by the water flow F_eau when the latter circulates on the ramp.
  • the first electrode 33 may be produced continuously over the entire length of the conduit 30 or only over a part of the length thereof (as can be seen in FIG. 3).
  • the module Mi can also include several electrodes 33 of this type, spaced apart by a given distance. The flow of water F_eau in contact with the first electrode 33 thus plays the role of an electrode held to earth.
  • the second electrode 34 acts as an active electrode. This is also advantageously integrated or fixed to the wall 300 of the duct 30 ( Figures 2, 3 and 4). It emerged permanently, that is to say out of the water flow F_eau. It is advantageously carried out continuously over the entire length of the duct 30 (FIG. 2).
  • each electrode 33, 34 may be in the form of a metal plate, for example rectangular, integrated into the wall of the duct.
  • the first electrode is thus in contact with the flow of water F_eau and the second electrode is in contact with the flow of air Fi air.
  • the surface of the first electrode 33 which is in contact with the flow of water F_eau is advantageously flush with the flow surface of the conduit 30.
  • the first electrode 33 advantageously extends over all or part of the width of the flow surface of the water flow F_eau.
  • the second electrode 34 can advantageously have a width at least equal to that of the first electrode.
  • the electrostatic field E created between the two electrodes follows a direction transverse to the directions of the water flow and of the air flow, advantageously perpendicular to these directions.
  • each electrode 33, 34 can be produced in the form of a separate metallic cable.
  • the cable can be fixed on the flow ramp of the water flow.
  • the cable is fixed to the upper internal face of the conduit.
  • the first electrode 33 intended to be placed at a first electrical potential, integrated or fixed to the wall 300 of the conduit 30 advantageously disposed towards the outside of the ramp as shown in Figure 5;
  • the second electrode 34 intended to be placed at a second electric potential, different from the first potential, to create the electrostatic field E advantageously placed towards the interior of the ramp as indicated in FIG. 4;
  • the water flow F_eau is shown curved at its surface, to take into account the centrifugal force due to the helical shape of the flow ramp of the duct, the said effect having a tendency to displace the flow. of water outside the ramp.
  • the water flow F_eau flows by gravity in the conduit 30, said conduit being able to be produced according to a helix inscribed in various types of cylinder.
  • the cylinder can be of any cross section, for example circular, elliptical or of any other shape. In the appended figures and advantageously, the section of the cylinder is circular.
  • the ramp 303 of the water flow F_eau has a flow surface which is inclined relative to the vertical. Its inclination is for example defined by an angle A (FIG. 2) with respect to the horizontal plane which is greater than 0 ° and less than 60 °, advantageously between 5 ° and 45 °. This angle can be constant over the entire length of the duct or variable.
  • the slope must be sufficiently pronounced to allow the flow of the water flow F_eau but not too pronounced to remain stable and maximize its travel time, so as to increase the duration of the encounter of the air to be decontaminated with the flow of water F_water.
  • the flow surface on which the flow of water F_eau is caused to circulate is advantageously continuous, hydrophilic, smooth and flat, so as to allow the flow of water F_eau to be as stable as possible during its flow and to maintain an electrostatic field E as constant as possible over the entire length of the conduit 30. It will also advantageously be made of a material resistant to corrosion. According to the invention, as illustrated by Figures 5 to 7, the duct 30 of the module
  • Mi is produced along a helix advantageously inscribed on a right circular cylinder.
  • the radius and the pitch of the helix are chosen to obtain the desired inclination of the flow ramp.
  • the flow ramp of the water flow F_eau thus follows the helical profile defined by the walls of the duct.
  • the duct has a first end through which an incoming water flow F_eau_in is injected and may include a first opening 40J made through its wall, through which is injected an incoming air flow Fi air in to be treated by this module and a second opening 41J made through its wall through which emerges an air flow Fi air out treated by this module.
  • the first opening 40J is of course made upstream with respect to the second opening 41J.
  • the flow of water F_eau is brought down along the helical ramp and the electrodes 33, 34 described above and integrated into the module allow the creation of the electrostatic field E to trap the particles present in the air flow.
  • the helical configuration results in a small footprint while maximizing the residence time of the P particles and gases in the space intended to trap them. This configuration therefore makes it possible to maximize collection yields.
  • a Mi module can have the following dimensions:
  • the helical flow ramp has a radius that can be between 3 centimeters and 10 centimeters and a pitch ranging from 3 centimeters to 10 centimeters.
  • Each module for collecting harmful particles and gases can measure from 50 centimeters to 300 centimeters.
  • the Mi may include an additional duct 60, for example central and coaxial with its helical duct 30.
  • This duct 60 thus serves as a purified air collector and can be connected to the air outlet of the module Mi to receive the air flow Fi outgoing air out cleaned by the module Mi.
  • the air purified by each Mi module can thus be transferred directly to the center of the system in the intake manifold formed by this duct 60.
  • the cleaned air can then be returned directly to the base of the system. .
  • Its central location makes it possible to offer a solution for the evacuation of treated air in a minimal footprint.
  • this conduit 60 could be arranged differently.
  • the duct 60 for recovering the module Mi of rank i is connected to that of the module of rank i-1 and to that of rank i + 1, so as to form a single tube along the column.
  • the wall of this duct 60 can itself form the internal section of the duct 30 of the helical-shaped module. It is thus possible to have an entirely monobloc solution.
  • the 1_x system may comprise a single module of this type or even several modules connected in series so as to assemble the conduits together in a contiguous manner and thus form a single conduit and a higher or lower column of modules.
  • the assembled Mi modules are advantageously all identical.
  • the cross section of the helical common duct formed by the stack of modules is advantageously constant over the entire height of the column.
  • the system can thus comprise n modules, with n which is then greater than or equal to 2.
  • Each module Mi of the system can be identified by a rank i, with i ranging from 1 to n.
  • the module of rank 1 is the module by which the flow of water F_eau_in is injected.
  • the rank n module is the last module in the system. This comprises a water outlet through which the flow of water F_eau_out charged with trapped particles is discharged.
  • the water outlet can be connected to the sewers and / or to a purification installation 4 to treat the outgoing water flow.
  • Other solutions could of course be considered.
  • each module Mi of the system comprises an air inlet to allow the system to take air to be decontaminated at several inlet points over the entire height of the column (incoming air flows F1_air_in , F2_air_in, Fn air in).
  • Each module of the system can include an air outlet to evacuate the air which it has just treated and decontaminated (outgoing air flows F1_air_out, F2_air_out, Fn_air_out).
  • FIG. 9 illustrates the assembly of two modules M1 and M2 each having a helical shape and makes it possible to visualize the different flows present.
  • the module M1 receives through its opening 40_1 an air flow F1 air in and the water flow F_eau via the input F_eau_in.
  • This module M1 evacuates through its opening 41 1 the air flow F1_air_out which is treated and cleaned up.
  • the water flow F_eau continues its path in the second module M2.
  • a second air flow F2_air_in is injected into the module M2 through the opening 40_2 and the air flow F2_air_out processed by this module M2 comes out through the opening 41_2.
  • the water flow F_eau continues on its way, otherwise it is sent to a treatment system 4.
  • the row i module may include a ring 50 to collect the water flow. It also comprises the air outlet for the outgoing air flow Fi air out of this module Mi, located upstream of this ring 50.
  • the ramp of the module of row i + 1 is connected to said ring to recover the flow. of water F_water in the system.
  • the air inlet (air flow Fi + 1_air_in) of the module of row i + 1 is positioned downstream of said ring 50.
  • the assembly from one module to another is carried out by means of mechanical connection means.
  • These mechanical connection means can include complementary forms of male / female type arranged at each upper and lower border of a module.
  • each module Mi of rank i comprises first so-called upstream mechanical connection means at its upper border and to be assembled with the module of rank i + 1, the module of rank i comprises second so-called downstream mechanical connection means at its lower border.
  • Electrical connection means can thus be provided on each module of rank i to ensure the electrical continuity of each of its electrodes with the corresponding electrode of the module of row i-1 and with the corresponding electrode of the module of row i + 1. Like the mechanical connection means, these electrical connection means will be called upstream and downstream to connect respectively to the upstream module and to the downstream module.
  • the system also includes:
  • the system for generating the water flow F_eau_in at the water inlet of the row 1 module of the system can be designed based on one of the following two solutions, each comprising several variants.
  • a pump is arranged to suck the flow of water F_eau and inject it into the system.
  • the sucked water can be taken from a drinking water circuit or from a "gray" water circuit after having been filtered to operate as an open circuit.
  • the air pollution control system of the invention may include a water circuit operating in a closed circuit.
  • the water flow F_eau is thus generated by this internal water circuit operating in a closed circuit, in which the water, charged with particles and gases, is taken at the foot of the system and treated before reinjection at the top by means of the pump.
  • the water flow F_eau can be directly obtained from the rainwater coming from a tank placed above the system to allow the water to flow in the pipe by gravity.
  • This tank can in particular be a flexible storage tank, made from a textile coated with polymer and generally used against the risk of fire or for storing drinking water. It can also be connected, like a rainwater descent, to an overflow placed on a roof or on a terrace or any other pre-existing rainwater collection structure.
  • hybrid solutions can be considered depending on the rainfall intensity of the place where the pollution control system is installed, a variant resulting from the first solution described only intervening to fill a deficit of water stored in a variant of the second solution operating from rainwater.
  • water flow regulation points can also be provided between each module of the system.
  • each air stream can be achieved by suction.
  • a pump or a fan 6 can be connected to the base of the system to generate each air flow Fi air in by suction in the whole system.
  • This pump or this fan 6 can be connected to the air outlet of the inlet duct 60 of the row n module located at the base of the system, the latter in fact being connected to the air outlets of each module and therefore at their respective air inlet.
  • the section of the inlet duct 60 can increase from the highest module to the lowest module, over the entire length of the system to compensate for the pressure drops along the column and thus make it possible to maintain an air flow rate at process identical at the level of each module.
  • the voltage generator G is intended to apply a voltage between each first electrode 33 and each second electrode 34 of each module Mi to establish the electrostatic field E necessary to precipitate the particles in the film of water.
  • the voltage generator G is connected to the second electrode 34 of a single module of the system, the electrical continuity of the second electrode being ensured along the system. This could also be the case if the first electrode of each module is continuous over the entire length of the module.
  • the system may include a device 5 intended to charge upstream the particles present in the air to be decontaminated, so as to better ensure their precipitation by electrostatic effect.
  • the device may include at least one discharge electrode consisting of a wire or a point brought to high voltage and producing in its vicinity an ionization of the air to be decontaminated.
  • This type of device 5 is well known in the state of the art. This device is for example arranged upstream of each air inlet of the system in order to charge the particles of the air to be decontaminated.
  • each module of the system of the invention can be made so as to have at least two conduits 30.1, 30.2, thus forming two helical flow ramps, wound around the same axis.
  • the two ramps can be identical and offset in height with respect to one another, as shown diagrammatically in FIG. 1 1.
  • the other characteristics of the invention can be applied to this specific architecture. Certain means could be pooled for the two ramps of the system, in particular the duct 60, the air flow generation system, the water flow generation system, the voltage generator, etc. In the same space, it It will thus be possible to increase the processing capacity of the system.
  • the system can also integrate a control and processing unit UC as well as a communication system allowing it to communicate, via a wired or wireless link with a central unit UCC.
  • the system is therefore communicating and its use can be controlled in a manner adapted to the level of pollution present or as a function of other measured parameters.
  • the central unit UCC can thus be brought to manage a complete depollution installation comprising several systems dispersed (1_1, 1_2, 1_3 in FIG. 12) in different places.
  • each system must be able to be commanded to act quickly and intensively following a pollution incident.
  • a judicious network of systems will make it possible to intervene as close as possible to the incident by controlling one or more of the systems in an appropriate manner.
  • V_air, V_eau air flow and water flow control valves may be provided in the system to regulate the air flow and water flow at each system air inlet and the water flow. system water inlet. These valves can be controlled directly by the system control and processing unit UC.
  • the 1_x system can integrate sensors 70 on the modules, providing the level of particulate and gas pollution as well as the conditions of pressure, temperature and humidity. These measurement data can be sent to the control and processing unit UC to implement the regulation. The control and processing unit can then regulate the power supply which conditions the voltage of the electrodes of each module, that of the various fluidic adjustment devices as well as of the means for generating the air flow (pump and / or fan). to adjust the air flow in the system.
  • the system of the invention can be supplied electrically, in whole or in part, by solutions of the photovoltaic PV and / or wind type.
  • each Mi module can be coupled or even covered with solar panels to ensure the power supply of some of these components, in particular:
  • the means for generating the air flow that is to say the fan or the pump;
  • the voltage generator G which polarizes the electrodes;
  • the means for generating the water flow which may for example include a rainwater reserve fitted on a roof or a pump intended to convey water to the top of the column;
  • the invention thus has many advantages, among which:
  • the film of water descending by gravity on a helical ramp allows the continuous removal of the deposit of particles, without external intervention;
  • the water film used makes it possible to minimize the risks of particle re-entrainment, these risks being known in so-called dry precipitation collection systems;
  • the system also allows the capture of soluble gases, which the so-called dry precipitation collection systems do not allow;
  • the helical configuration results in a small footprint while maximizing the residence time of particles and gases in the space intended to trap them; this configuration therefore makes it possible to maximize collection yields;
  • tubular configuration offers significant compactness for urban use. Modules placed in series make it possible to form a vertical column able to match the height of buildings, in a reduced horizontal footprint;
  • the system can operate off-grid from the closest energy sources, namely those collectable on rooftops (photovoltaic and / or wind type) to ensure low operating costs;

Landscapes

  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

L'invention concerne un module de dépollution d'air par électrofiltration humide, caractérisé en ce qu'il comporte : - Au moins un premier conduit (30) tubulaire de forme hélicoïdale à section fermée présentant une paroi (300) délimitant un espace interne et un espace externe et comportant une entrée d'eau, une entrée d'air et une sortie d'air, - Au moins une première électrode (33) et une deuxième électrode (34), ladite deuxième électrode (34) étant réalisée en continu sur toute la longueur du premier conduit (30), - Une première rampe d'écoulement (303) d'un flux d'eau (F_eau) reliée à ladite entrée d'eau et un canal d'écoulement d'un flux d'air (Fi_air) relié à ladite entrée d'air, ladite rampe d'écoulement et ledit canal d'écoulement étant superposés et agencés dans le même espace interne dudit conduit (30) entre ladite première électrode et ladite deuxième électrode.

Description

Module et système de dépollution d'air
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte un module de dépollution d'air par électrofiltration humide. Il s'agira notamment de l'air urbain. L'invention concerne également un système comportant plusieurs modules de même type assemblés entre eux. L'invention concerne enfin un procédé de dépollution d'air utilisant ledit système.
Etat de la technique
La pollution de l’air dans les villes est un problème de santé publique mondial.
L'air respiré par les populations contient un taux élevé de polluants tels que par exemple :
• Particules aéroportées (particules en suspension, micro et nanoparticules issues des procédés de combustion, pollens, microorganismes aéroportés, etc.) · Gaz nocifs (Ozone, monoxyde de carbone, NOx, etc.).
Même si la production des polluants provenant des activités humaines pourrait se réduire dans les années à venir grâce à l'émergence de nouvelles technologies, une dépollution de l’air déjà pollué devra aussi être mise en oeuvre.
Certains systèmes ont déjà été imaginés, comme ceux décrits dans la demande de brevet US2010/101417A1. Dans cette demande de brevet, la solution consiste en un système de filtration d'air positionné sur les immeubles d'une ville. Une telle solution présente cependant certains inconvénients, liés notamment à la nécessité de remplacement/nettoyage du filtre et à la récupération des particules qui ont été piégées dans le filtre. De plus le fonctionnement du système de dépollution doit idéalement pouvoir être adapté dans le temps au niveau de pollution ambiante pour réduire son coût de fonctionnement.
D'autres solutions ont également été décrites dans les documents
US4308038A, US4597780A, US2004/139853A1 et US4305909A.
Le but de l'invention est de proposer une solution permettant une dépollution répartie en un nombre de sites arbitraires suivant une aire donnée en fonction du niveau de pollution de chaque site, qui soit fiable, qui soit économe en énergie et qui ne nécessite pas un entretien trop fréquent. Exposé de l'invention
Ce but est atteint par un module de dépollution d'air par électrofiltration humide, qui comporte :
Au moins un premier conduit tubulaire de forme hélicoïdale à section fermée présentant une paroi délimitant un espace interne et un espace externe et comportant une entrée d'eau, une entrée d'air et une sortie d'air,
Au moins une première électrode et une deuxième électrode, ladite deuxième électrode étant réalisée en continu sur toute la longueur du premier conduit,
Une première rampe d'écoulement d'un flux d'eau reliée à ladite entrée d'eau et un canal d'écoulement d'un flux d'air relié à ladite entrée d'air, ladite rampe d'écoulement et ledit canal d'écoulement étant superposés et agencés dans le même espace interne dudit conduit entre ladite première électrode et ladite deuxième électrode,
Ladite rampe comportant une surface d'écoulement continue sur toute sa longueur et en contact avec ladite première électrode (33),
Ladite rampe d'écoulement étant inclinée suivant une pente faisant un angle supérieur à 0° et inférieur à 60°.
Selon une particularité, le module comporte un conduit collecteur connecté à ladite sortie d'air.
Selon une autre particularité, le conduit collecteur est inséré dans l'axe du premier conduit hélicoïdal.
Selon une autre particularité, le module comporte des moyens de connexion mécanique amonts pour se connecter à un module adjacent en amont et des moyens de connexion mécanique avals pour se connecter à un module adjacent en aval.
Selon une autre particularité, le module comporte des moyens de connexion électrique reliés à la deuxième électrode.
Selon une autre particularité, le module comporte des moyens de connexion électrique reliés à la première électrode.
Selon une réalisation particulière, le module comporte deux conduits de forme hélicoïdale enroulées autour d'un même axe, comprenant chacun une rampe d'écoulement distincte.
L'invention concerne également un système de dépollution d'air par électrofiltration humide, qui comporte : - n modules, n étant supérieur ou égal 1 , chaque module étant tel que défini ci-dessus et identifié par un rang i, avec i allant de 1 à n,
Un système de génération d'un flux d'air à dépolluer, agencé pour générer au moins un flux d'air par l'entrée d'air d'un module de rang i,
- Un système de génération d'un flux d'eau relié à l'entrée d'eau du module de rang 1 pour générer ledit flux d'eau,
Un générateur de tension connecté à la première électrode de chaque module et à la deuxième électrode d'au moins un module du système. Selon une particularité, le système de génération d'un flux d'air à dépolluer comporte au moins une pompe d'aspiration ou un ventilateur connecté mécaniquement à la sortie d'air du module de rang n.
Selon une particularité, lorsque n est supérieur ou égal à 2, les modules sont interconnectés mécaniquement ainsi qu'électriquement par leur deuxième électrode respective.
Selon une autre particularité, le système de génération d'un flux d'air à dépolluer est relié à l'entrée d'air de chaque module pour générer un flux d'air dans chaque module par leur entrée d'air respective.
Selon une particularité, le système de génération d'un flux d'eau comporte des moyens d'aspiration d'eau prélevée sur un circuit d’eau potable ou d'eau filtrée.
Selon une réalisation particulière, le système de génération d'un flux d'eau comporte des moyens d'aspiration d'eau prélevée sur un circuit d’eau interne au système de dépollution d'air, fonctionnant en circuit fermé.
Selon une autre réalisation particulière, le système de génération d'un flux d'eau comporte un réservoir placé au-dessus du système de dépollution d'air pour générer ledit flux d'eau. Le réservoir peut être alimenté par les eaux pluviales.
Selon une autre particularité, le système comporte un deuxième conduit tubulaire coaxial audit premier conduit de chaque module, s'étendant du module de rang 1 au module de rang n, et en ce que la sortie d'air de chaque module est connectée à une entrée d'air distincte de ce deuxième conduit.
Selon une réalisation particulière, le système comporte des moyens de décharge comprenant au moins une électrode de décharge portée à haute tension et produisant en son voisinage une ionisation de l’air à dépolluer. L'invention concerne également un procédé de dépollution d'air, mis en oeuvre à l'aide du système tel que défini dans l'une des revendications ci-dessus et comportant les étapes suivantes :
- Génération d'un flux d'air à dépolluer par l'entrée d'air d'un module de rang i,
- Génération d'un flux d'eau par l'entrée d'eau du module de rang 1 ,
- Activation du générateur de tension pour générer un champ électrostatique entre la deuxième électrode du module de rang i et le flux d'eau s'écoulant dans ledit système et mis en contact avec la première électrode du module de rang i.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 illustre le principe d'implantation de plusieurs systèmes de dépollution d'air conformes à l'invention au sein d'une ville ;
La figure 2 représente, suivant un plan vertical, une vue en coupe longitudinale du conduit d'un module de dépollution d'air conforme à l'invention et illustre son principe de fonctionnement ;
La figure 3 représente une vue en coupe transversale du conduit d'un module de dépollution d'air conforme à l'invention ;
La figure 4 représente une vue en coupe transversale du conduit du module de dépollution d'air selon une variante de réalisation ;
La figure 5 représente un module de dépollution conforme à l'invention, réalisé selon une forme hélicoïdale ;
La figure 6 représente une vue en coupe transversale d'un module de dépollution d'air conforme à l'invention et illustre son principe de fonctionnement ;
La figure 7 illustre le principe de fonctionnement d'un module de dépollution d'air conforme à l'invention ;
La figure 8 représente de manière schématique le système de dépollution d'air de l'invention et illustre son principe de fonctionnement ;
La figure 9 représente un système à deux modules hélicoïdaux assemblés entre eux ;
La figure 10 illustre le principe de fonctionnement du système de dépollution de l'invention, à la jonction entre deux de ses modules ;
La figure 1 1 illustre de manière schématique, une variante de réalisation du système de dépollution de l'invention ; La figure 12 illustre de manière schématique le principe de fonctionnement d'une installation de dépollution d'air incluant plusieurs systèmes de dépollution d'air conformes à l'invention ;
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
Dans la suite de la description, les termes "amont" et "aval" sont à comprendre en tenant compte du sens des flux d'air et d'eau présents dans le système.
Le système de dépollution d'air de l'invention est fondé sur le principe de l'électrofiltration humide, appelé également principe de précipitation électrostatique humide. Il s'agit de venir piéger les particules P présentes dans l'air pollué par précipitation dans un écoulement d'eau en utilisant un champ électrostatique E, l'écoulement d'eau étant réalisé dans l'invention sous la forme d'une lame ou d'un film liquide s'écoulant de manière continue sur une surface.
Comme représenté sur la figure 1 , à titre d'exemple, le système 1_x (avec x allant de 1 à 4 sur la figure 1 ) de l'invention peut notamment se fixer sur un immeuble 2 à plusieurs étages, comme une conduite de descente d’eau pluviale, le rendant facile à implanter et à déployer dans des architectures existantes. Un tel système se déploie ainsi autour d’un axe central sensiblement vertical.
Le système est destiné à aspirer l'air environnant pollué sous la forme d'un ou plusieurs flux d'air F air in, à traiter l'air pollué dans sa colonne et à rejeter l'air dépollué vers l'extérieur, sous la forme d'un flux d'air sortant F_air_out.
A titre d'exemple, le système peut piéger les particules contenues dans l’air, certains gaz polluants comme les gaz acides solubles (S02, HCl, NH3...) et même des métaux lourds à l’état gazeux ou sous forme de particules.
On verra ci-après que le système 1_x peut se composer de plusieurs modules Mi assemblés entre eux et mis bout-à-bout. Le système peut ainsi comporter n modules du même type, n étant supérieur ou égal à 1 . On considérera qu'un seul module Mi est cependant suffisant pour réaliser le système et mettre en place le principe de l'invention.
Un module Mi du système se présente sous la forme d'un élément préférentiellement monobloc.
En référence aux figures 2 à 4, un module Mi comporte un conduit 30 à section transversale fermée situé dans un plan méridien défini par rapport au dit axe central dans lequel il s'agit de faire passer à la fois un flux d'air Fi air et un flux d'eau F_eau. Le conduit 30 est réalisé dans un matériau qui est isolant électriquement. Le flux d'air Fi air et le flux d'eau F_eau sont avantageusement orientés suivant la même direction et dans le même sens à l'intérieur du conduit 30 (figure 3). Le conduit 30 comporte ainsi une paroi 300 délimitant un espace interne formant la section d'écoulement 301 du conduit 30 et un espace externe situé à l'extérieur. Cette section d'écoulement 301 comporte un canal d'écoulement 302 du flux d'air Fi air et une rampe d'écoulement 303 du flux d'eau F_eau qui sont superposés, les deux flux étant destinés à être en contact l'un avec l'autre lors de leur circulation dans le conduit 30. Le conduit présente une frontière supérieure située en entrée de conduit et une frontière inférieure située en bout de conduit.
Le module Mi comporte une entrée d'air au niveau de sa frontière supérieure par laquelle est injecté le flux d'air Fi air et une entrée d'eau au niveau de sa frontière supérieure par laquelle est injecté le flux d'eau.
Le module comporte ensuite au moins deux électrodes 33, 34 entre lesquelles est établi le champ électrostatique E qui permet la précipitation des particules P de l'air à dépolluer dans le flux d'eau F_eau.
Une première électrode 33 est intégrée ou fixée avantageusement à la paroi 300 du conduit 30 qui forme la rampe d'écoulement 303 d'eau de manière à être recouverte par le flux d'eau F_eau lorsque ce dernier circule sur la rampe.
La première électrode 33 peut être réalisée en continu sur toute la longueur du conduit 30 ou seulement sur une partie de la longueur de celui-ci (comme on peut le voir sur la figure 3). Le module Mi peut également comporter plusieurs électrodes 33 de ce type, espacées entre elles d'une distance donnée. Le flux d'eau F_eau en contact avec la première électrode 33 joue ainsi le rôle d'électrode maintenue à la terre.
La deuxième électrode 34 joue le rôle d'électrode active. Celle-là est également avantageusement intégrée ou fixée à la paroi 300 du conduit 30 (figures 2, 3 et 4). Elle est émergée en permanence, c'est-à-dire hors du flux d'eau F_eau. Elle est avantageusement réalisée de manière continue sur toute la longueur du conduit 30 (figure 2).
Dans une première variante de réalisation représentée sur la figure 3, chaque électrode 33, 34 peut se présenter sous la forme d'une plaque métallique, par exemple rectangulaire, intégrée à la paroi du conduit. Avantageusement, la première électrode est ainsi en contact avec le flux d'eau F_eau et la deuxième électrode est en contact avec le flux d'air Fi air. La surface de la première électrode 33 qui est en contact avec le flux d'eau F_eau est avantageusement affleurante à la surface d'écoulement du conduit 30. La première électrode 33 s'étend avantageusement sur tout ou partie de la largeur de la surface d'écoulement du flux d'eau F_eau.
La deuxième électrode 34 peut présenter avantageusement une largeur au moins égale à celle de la première électrode.
Dans cette première variante de réalisation, le champ électrostatique E créé entre les deux électrodes suit une direction transversale aux directions du flux d'eau et du flux d'air, avantageusement perpendiculaire à ces directions.
Dans une deuxième variante de réalisation représentée sur la figure 4, chaque électrode 33, 34 peut être réalisée sous la forme d'un câble métallique distinct. Pour jouer le rôle de la première électrode 33, le câble peut être fixé sur la rampe d'écoulement du flux d'eau. Pour jouer le rôle de la deuxième électrode 34, le câble est fixé sur la face interne supérieure du conduit.
Comme représenté sur les figures 3 et 4, on a ainsi une section qui comporte, de bas en haut :
- La première électrode 33 destinée à être placée à un premier potentiel électrique, intégrée ou fixée à la paroi 300 du conduit 30 avantageusement disposé vers l’extérieur de la rampe comme indiqué sur la figure 5 ;
- Le flux d'eau F_eau d'une profondeur donnée suffisante pour rester continu et stable le long de la rampe d'écoulement ;
- Le flux d'air Fi air situé au-dessus du flux d'eau F_eau pour être en contact direct avec le flux d'eau afin de permettre aux particules à piéger d'être capturées par le flux d'eau F_eau ;
La deuxième électrode 34 destinée à être placée à un deuxième potentiel électrique, différent du premier potentiel, pour créer le champ électrostatique E avantageusement disposé vers intérieur de la rampe comme indiqué sur la figure 4 ;
Sur les figures 3 et 4, le flux d'eau F_eau est représenté incurvé à sa surface, pour tenir compte de la force centrifuge due à la forme hélicoïde de la rampe d'écoulement du conduit, le dit effet ayant tendance à déplacer le flux d’eau à l’extérieur de la rampe.
Le flux d'eau F_eau s'écoule par gravité dans le conduit 30, ledit conduit pouvant être réalisé suivant une hélice inscrite dans des types variés de cylindre. Le cylindre peut être de section quelconque, par exemple circulaire, elliptique ou de toute autre forme. Sur les figures annexées et de manière avantageuse, la section du cylindre est circulaire. Pour permettre son écoulement, la rampe d'écoulement 303 du flux d'eau F_eau présente une surface d'écoulement qui est inclinée par rapport à la verticale. Son inclinaison est par exemple définie par un angle A (figure 2) par rapport au plan horizontal qui est supérieur à 0° et inférieur à 60°, avantageusement compris entre 5° et 45°. Cet angle peut être constant sur toute la longueur du conduit ou variable. La pente doit être suffisamment prononcée pour permettre l'écoulement du flux d'eau F_eau mais pas trop prononcée pour rester stable et maximiser son temps de parcours, de façon à augmenter la durée de rencontre de l'air à dépolluer avec le flux d'eau F_eau.
Il faut noter que la surface d'écoulement sur laquelle le flux d'eau F_eau est amené à circuler est avantageusement continue, hydrophile, lisse et plane, de manière à permettre au flux d'eau F_eau d'être le plus stable possible lors de son écoulement et de conserver un champ électrostatique E le plus constant possible sur toute la longueur du conduit 30. Elle sera également avantageusement réalisée dans un matériau résistant à la corrosion. Selon l'invention, comme illustré par les figures 5 à 7, le conduit 30 du module
Mi est réalisé suivant une hélice inscrite avantageusement sur un cylindre circulaire droit. Le rayon et le pas de l'hélice sont choisis pour obtenir l'inclinaison voulue de la rampe d'écoulement. La rampe d'écoulement du flux d'eau F_eau suit ainsi le profil hélicoïdal défini par les parois du conduit.
Le conduit comporte une première extrémité par laquelle est injecté un flux d'eau entrant F_eau_in et peut comporter une première ouverture 40J réalisée à travers sa paroi, par laquelle est injecté un flux d'air entrant Fi air in à traiter par ce module et une deuxième ouverture 41J réalisée à travers sa paroi par laquelle ressort un flux d'air Fi air out traité par ce module. La première ouverture 40J est bien entendu réalisée en amont par rapport à la deuxième ouverture 41J. Comme on peut le voir sur la figure 7, le flux d'eau F_eau est amené à descendre le long de la rampe hélicoïdale et les électrodes 33, 34 décrites ci-dessus et intégrées au module permettent la création du champ électrostatique E pour piéger les particules présentes dans le flux d'air. La configuration hélicoïdale conduit à un faible encombrement tout en maximisant le temps de séjour des particules P et des gaz dans l’espace destiné à les piéger. Cette configuration permet donc de maximiser les rendements de collecte. De surcroît :
- La configuration hélicoïdale avec un écoulement gaz-liquide descendant est stabilisante pour l’interface gaz/liquide ; - Des écoulements secondaires, dits cellules de Dean, peuvent contribuer à allonger le temps de séjour des particules et molécules de gaz et à multiplier les rencontres avec l’interface gaz/liquide ; A titre d'exemple, un module Mi peut présenter les dimensions suivantes :
La rampe d'écoulement hélicoïdale possède un rayon pouvant être compris entre 3 centimètres et 10 centimètres et un pas allant de 3 centimètres à 10 centimètres.
- Chaque module de collecte des particules et gaz nocifs peut mesurer de 50 centimètres à 300 centimètres.
Selon un aspect particulier de l'invention illustré par la figure 7, chaque module
Mi peut comporter un conduit supplémentaire 60, par exemple central et coaxial avec son conduit 30 hélicoïdal. Ce conduit 60 sert ainsi de collecteur d'air purifié et peut être connecté à la sortie d'air du module Mi pour recevoir le flux d'air Fi air out sortant dépollué par le module Mi. Lorsque les modules sont empilés, l’air purifié par chaque module Mi peut ainsi être transféré directement au centre du système dans le collecteur d’admission formé par ce conduit 60. Comme déjà précisé et représenté sur la figure 8, l'air dépollué peut ensuite être renvoyé directement vers la base du système. Son emplacement central permet de proposer une solution d'évacuation de l'air traité dans un encombrement minimal. Bien entendu, ce conduit 60 pourrait être agencé différemment. Par ailleurs, dans un système à plusieurs modules assemblés entre eux, le conduit 60 de récupération du module Mi de rang i est connecté à celui du module de rang i-1 et à celui de rang i+1 , de manière à former un seul tube le long de la colonne.
De manière non limitative, comme illustré par la figure 6, la paroi de ce conduit 60 peut former lui-même la section interne du conduit 30 du module de forme hélicoïdale. On peut ainsi disposer d'une solution entièrement monobloc.
Selon l'invention, le système 1_x peut comporter un seul module de ce type ou même plusieurs modules connectés en série de manière à assembler les conduits entre eux de manière jointive et ainsi former un seul conduit et une colonne plus ou moins haute de modules.
Les modules Mi assemblés sont avantageusement tous identiques.
La section transversale du conduit commun hélicoïdal formé par l'empilement de modules est avantageusement constante sur toute la hauteur de la colonne. Dans le cadre de la présente description et comme représenté sur les figures 8 et 9, le système peut ainsi comporter n modules, avec n qui est alors supérieur ou égal à 2. Chaque module Mi du système peut être identifié par un rang i, avec i allant de 1 à n. A minima, le module de rang 1 est le module par lequel est injecté le flux d'eau F_eau_in. Le module de rang n est le dernier module du système. Celui-ci comporte une sortie d'eau par laquelle le flux d'eau F_eau_out chargée en particules piégées est évacuée. La sortie d'eau peut être reliée aux égouts et/ou vers une installation d'épuration 4 pour traiter le flux d'eau sortant. D'autres solutions pourraient bien entendu être envisagées.
En référence à la figure 8, chaque module Mi du système comporte une entrée d'air pour permettre au système de prélever de l'air à dépolluer en plusieurs points d'admission sur toute la hauteur de la colonne (flux d'air entrants F1_air_in, F2_air_in, Fn air in). Chaque module du système peut comporter une sortie d'air pour évacuer l'air qu'il vient de traiter et de dépolluer (flux d'air sortants F1_air_out, F2_air_out, Fn_air_out).
La rampe d'écoulement 303 du flux d'eau de chaque module de rang i est connectée à la rampe d'écoulement du module de rang i-1 et à celle du module de rang i+1 pour conserver un même flux d'eau F_eau pour tout le système. La figure 9 illustre l'assemblage de deux modules M1 et M2 présentant chacun une forme hélicoïdale et permet de visualiser les différents flux présents. Sur cette figure 9, on peut ainsi voir que le module M1 reçoit par son ouverture 40_1 un flux d'air F1 air in et le flux d'eau F_eau par l'entrée F_eau_in. Ce module M1 évacue par son ouverture 41 1 le flux d'air F1_air_out qui est traité et dépollué. Le flux d'eau F_eau poursuit son chemin dans le deuxième module M2. Un deuxième flux d'air F2_air_in est injecté dans le module M2 par l'ouverture 40_2 et le flux d'air F2_air_out traité par ce module M2 ressort par l'ouverture 41_2. Si un autre module est connecté en aval, le flux d'eau F_eau poursuit son chemin, sinon il est envoyé vers un système de traitement 4. Comme illustré par la figure 10, à la jonction entre deux modules adjacents de rang i et i+1 , le module de rang i peut comporter une couronne 50 pour recueillir le flux d'eau. Il comporte également la sortie d'air pour le flux d'air sortant Fi air out de ce module Mi, située en amont de cette couronne 50. La rampe du module de rang i+1 vient se connecter sur ladite couronne pour récupérer le flux d'eau F_eau du système. L'entrée d'air (flux d'air Fi+1_air_in) du module de rang i+1 est positionnée en aval de ladite couronne 50. Lorsque le système comporte plusieurs modules Mi assemblés entre eux, l'assemblage d'un module à un autre est réalisé par l'intermédiaire de moyens de connexion mécanique. Ces moyens de connexion mécanique peuvent comporter des formes complémentaires de type mâle/femelle agencées au niveau de chaque frontière supérieure et inférieure d'un module. Pour être assemblé au module de rang i-1 , chaque module Mi de rang i comporte des premiers moyens de connexion mécanique dits amonts au niveau de sa frontière supérieure et pour être assemblé au module de rang i+1 , le module de rang i comporte des deuxièmes moyens de connexion mécanique dits avals au niveau de sa frontière inférieure.
D'un module à un autre du système, il est possible de prévoir une continuité électrique au niveau de la première électrode 33 et de la deuxième électrode 34. Des moyens de connexion électrique peuvent ainsi être prévus sur chaque module de rang i pour assurer la continuité électrique de chacune de ses électrodes avec l'électrode correspondante du module de rang i-1 et avec l'électrode correspondante du module de rang i+1 . Comme les moyens de connexion mécanique, ces moyens de connexion électrique seront dits amont et aval pour se connecter respectivement au module amont et au module aval.
Pour fonctionner, le système comporte également :
Un système de génération du flux d'eau F_eau et au moins un système de génération de chaque flux d'air Fi air in ;
Un générateur de tension G pour créer le champ électrostatique E suffisant pour précipiter les particules dans le flux d'eau (figures 2 à 4).
Le système de génération du flux d'eau F_eau_in à l'entrée d'eau du module de rang 1 du système peut être conçu en s’appuyant sur une des deux solutions suivantes, chacune comportant plusieurs variantes.
Dans une première solution, une pompe est agencée pour aspirer le flux d’eau F_eau et l’injecter dans le système. L’eau aspirée peut être prélevée sur un circuit d’eau potable ou sur un circuit d’eau "grise" après avoir été filtrée pour fonctionner en circuit ouvert. Dans une autre variante, le système de dépollution d'air de l'invention peut comporter un circuit d'eau fonctionnant en circuit fermé. Le flux d'eau F_eau est ainsi généré par ce circuit d'eau interne fonctionnant en circuit fermé, dans lequel l'eau, chargée des particules et des gaz, est prélevée au pied du système et traitée avant réinjection au sommet grâce à la pompe. Dans une seconde solution le flux d’eau F_eau peut être directement issu des eaux pluviales provenant d’un réservoir placé au-dessus du système pour laisser l'eau s'écouler dans le conduit par gravité. Ce réservoir peut notamment être une citerne souple de stockage, fabriquée à partir d’un textile enduit de polymère et utilisée généralement contre le risque incendie ou pour stocker de l’eau potable. Il peut également se raccorder, à l’instar d’une descente d’eau pluviale, sur un trop plein placé sur une toiture ou sur une terrasse ou tout autre ouvrage préexistant de collecte des eaux pluviales.
Enfin des solutions hybrides peuvent être envisagées suivant l’intensité pluviométrique du lieu où le système de dépollution est implanté, une variante issue de la première solution décrite n’intervenant que pour combler un déficit d’eau stockée dans une variante de la seconde solution fonctionnant à partir de l’eau pluviale.
Dans les deux solutions, des points de régulation du flux d'eau peuvent être également prévus entre chaque module du système.
La génération de chaque flux d'air peut être réalisée par aspiration. Une pompe ou un ventilateur 6 peut être connecté à la base du système pour générer chaque flux d'air Fi air in par aspiration dans la totalité du système. Cette pompe ou ce ventilateur 6 peut être connecté sur la sortie d'air du conduit 60 d'admission du module de rang n situé à la base du système, celui-ci étant en effet relié aux sorties d'air de chaque module et donc à leur entrée d’air respective. La section du conduit 60 d'admission peut croître du module le plus haut vers le module le plus bas, sur toute la longueur du système pour compenser les pertes de charge le long de la colonne et permettre ainsi de conserver un débit d'air à traiter identique au niveau de chaque module.
Le générateur de tension G est destiné à appliquer une tension entre chaque première électrode 33 et chaque deuxième électrode 34 de chaque module Mi pour établir le champ électrostatique E nécessaire pour précipiter les particules dans le film d'eau. Lorsque le système comporte plusieurs modules assemblés entre eux, le générateur de tension G est connecté à la deuxième électrode 34 d'un seul module du système, la continuité électrique de la deuxième électrode étant assuré le long du système. Cela pourra également être le cas si la première électrode de chaque module est continue sur toute la longueur du module.
Comme représenté sur la figure 8, de manière non limitative, le système peut comporter un dispositif 5 destiné à charger en amont les particules présentes dans l'air à dépolluer, de manière à mieux assurer leur précipitation par effet électrostatique. Ce dispositif peut comporter au moins une électrode de décharge constituée d’un fil ou d’une pointe portée à haute tension et produisant en son voisinage une ionisation de l’air à dépolluer. Ce type de dispositif 5 est bien connu dans l'état de la technique. Ce dispositif est par exemple agencé en amont de chaque entrée d'air du système afin de charger les particules de l'air à dépolluer.
En référence à la figure 1 1 , chaque module du système de l'invention peut être réalisé de manière à présenter au moins deux conduits 30.1 , 30.2, formant ainsi deux rampes d'écoulement en hélice, enroulées autour du même axe. Les deux rampes peuvent être identiques et décalées en hauteur l'une par rapport à l'autre, comme schématisé sur la figure 1 1. Bien entendu, d'autres configurations pourraient être envisageables. Les autres caractéristiques de l'invention peuvent s'appliquer à cette architecture spécifique. Certains moyens pourront être mutualisés pour les deux rampes du système, notamment le conduit 60, le système de génération du flux d'air, le système de génération du flux d'eau, le générateur de tension... Dans un même encombrement, il sera ainsi possible d'augmenter la capacité de traitement du système.
Selon un aspect particulier de l'invention, comme représenté sur la figure 12, le système peut également intégrer une unité de commande et de traitement UC ainsi qu'un système de communication lui permettant de communiquer, via une liaison filaire ou sans-fil avec une unité centrale UCC. Le système est donc ainsi communiquant et son usage peut être commandé de manière adaptée au niveau de pollution présent ou en fonction d'autres paramètres mesurés. L'unité centrale UCC peut ainsi être amené à gérer une installation complète de dépollution comportant plusieurs systèmes dispersés (1_1 , 1_2, 1_3 sur la figure 12) dans des lieux différents. Chaque système devra notamment être à même d'être commandé pour agir rapidement et intensément à la suite d'un incident de pollution. Un maillage judicieux de systèmes permettra d'intervenir au plus près de l'incident en commandant un ou plusieurs des systèmes de manière adaptée.
Des vannes V_air, V_eau de régulation du débit d'air et du débit d'eau peuvent être prévus dans le système pour réguler le débit d'air et le débit d'eau au niveau de chaque entrée d'air du système et de l'entrée d'eau du système. Ces vannes pourront être commandés directement par l'unité de commande et de traitement UC du système.
En régime normal, il pourra s'avérer nécessaire de maintenir un faible coût opératoire. Chaque système devra fonctionner à un régime qui est adapté au niveau de pollution de son air environnant. Le flux d'air à dépolluer qui est aspiré pourra donc être avantageusement régulé par l'unité de commande et de traitement UC du système. Le système 1_x peut intégrer des capteurs 70 sur les modules, fournissant le niveau de pollution en particules et en gaz ainsi que les conditions de pression, de température et d’humidité. Ces données de mesure peuvent être envoyées à l'unité de commande et de traitement UC pour mettre en oeuvre la régulation. L'unité de commande et de traitement peut alors réguler l’alimentation électrique qui conditionne la tension des électrodes de chaque module, celle des différents organes de réglages fluidiques ainsi que des moyens de génération du flux d'air (pompe et/ou ventilateur) pour régler le débit d'air dans le système.
De manière avantageuse, le système de l'invention pourra être alimenté électriquement, en totalité ou partiellement, par des solutions de type photovoltaïque PV et/ou éolien. Ainsi chaque module Mi peut être couplé ou même recouvert de panneaux solaires pour assurer l'alimentation électrique de certains de ces composants, notamment :
Les moyens de génération du flux d'air, c'est-à-dire le ventilateur ou la pompe ; Le générateur de tension G qui polarise les électrodes ;
Les moyens de génération du flux d'eau, pouvant par exemple comporter une réserve d’eau de pluie aménagée sur un toit ou encore une pompe destinée à acheminer de l’eau au sommet de la colonne ;
L'invention présente ainsi de nombreux avantages, parmi lesquels :
Le film d’eau descendant par gravité sur une rampe hélicoïdale permet d’éliminer en continu le dépôt des particules, sans intervention externe ;
Le film d’eau mis en oeuvre permet de minimiser les risques de réentrainement des particules, ces risques étant connus dans les systèmes de collecte par précipitation dits secs ;
Le système permet en outre la capture des gaz solubles, ce que les systèmes de collecte par précipitation dits secs ne permettent pas ;
La configuration hélicoïdale conduit à un faible encombrement tout en maximisant le temps de séjour des particules et des gaz dans l’espace destiné à les piéger ; cette configuration permet donc de maximiser les rendements de collecte ;
La configuration tubulaire offre une compacité importante pour l'utilisation urbaine. Les modules placés en série permettent de former une colonne verticale pouvant épouser la hauteur des bâtiments, dans un encombrement horizontal réduit ;
Le système peut fonctionner hors réseau à partir des sources d’énergie les plus proches à savoir celles collectables sur les toits (type photovoltaïque et/ou éolien) pour assurer un faible coût opératoire ;

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de dépollution d'air par électrofiltration humide, caractérisé en ce qu'il comporte :
- Au moins un premier conduit (30) tubulaire de forme hélicoïdale à section fermée présentant une paroi (300) délimitant un espace interne et un espace externe et comportant une entrée d'eau, une entrée d'air et une sortie d'air,
- Au moins une première électrode (33) et une deuxième électrode (34), ladite deuxième électrode (34) étant réalisée en continu sur toute la longueur du premier conduit (30),
- Une première rampe d'écoulement (303) d'un flux d'eau (F_eau) reliée à ladite entrée d'eau et un canal d'écoulement d'un flux d'air (Fi_air) relié à ladite entrée d'air, ladite rampe d'écoulement et ledit canal d'écoulement étant superposés et agencés dans le même espace interne dudit conduit (30) entre ladite première électrode et ladite deuxième électrode, et en ce que
- Ladite rampe comporte une surface d'écoulement continue sur toute sa longueur et en contact avec ladite première électrode (33),
- Ladite rampe d'écoulement est inclinée suivant une pente faisant un angle supérieur à 0° et inférieur à 60°.
2. Module selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (60) collecteur connecté à ladite sortie d'air.
3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit (60) collecteur est inséré dans l'axe du premier conduit (30) hélicoïdal.
4. Module selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connexion mécanique amonts pour se connecter à un module adjacent en amont et des moyens de connexion mécanique avals pour se connecter à un module adjacent en aval.
5. Module selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connexion électrique reliés à la deuxième électrode.
6. Module selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connexion électrique reliés à la première électrode.
7. Module selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux conduits de forme hélicoïdale enroulées autour d'un même axe, comprenant chacun une rampe d'écoulement distincte.
8. Système de dépollution d'air par électrofiltration humide, caractérisé en ce qu'il comporte :
- n modules (Mi), n étant supérieur ou égal 1 , chaque module étant tel que défini dans l'une des revendications 1 à 7 et identifié par un rang i, avec i allant de 1 à n, - Un système de génération d'un flux d'air à dépolluer, agencé pour générer au moins un flux d'air (F_air) par l'entrée d'air d’un module de rang i,
- Un système de génération d'un flux d'eau (F_eau) relié à l'entrée d'eau du module de rang 1 pour générer ledit flux d'eau,
- Un générateur de tension (G) connecté à la première électrode de chaque module et à la deuxième électrode d'au moins un module du système.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'air à dépolluer comporte au moins une pompe d'aspiration ou un ventilateur (6) connecté mécaniquement à la sortie d'air du module de rang n.
10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que, lorsque n est supérieur ou égal à 2, les modules (Mi) sont interconnectés mécaniquement ainsi qu'électriquement par leur deuxième électrode respective.
1 1 . Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'air à dépolluer est relié à l'entrée d'air de chaque module pour générer un flux d'air (Fi air in) dans chaque module par leur entrée d'air respective.
12. Système selon l'une des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'eau comporte des moyens d'aspiration d'eau prélevée sur un circuit d’eau potable ou d'eau filtrée.
13. Système selon l'une des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'eau comporte des moyens d'aspiration d'eau prélevée sur un circuit d’eau interne au système de dépollution d'air, fonctionnant en circuit fermé.
14. Système selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'eau comporte un réservoir placé au-dessus du système de dépollution d'air pour générer ledit flux d'eau (F_eau).
15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que le réservoir est alimenté par les eaux pluviales.
16. Système selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième conduit (60) tubulaire coaxial audit premier conduit de chaque module, s'étendant du module de rang 1 au module de rang n, et en ce que la sortie d'air de chaque module est connectée à une entrée d'air distincte de ce deuxième conduit.
17. Système selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de décharge comprenant au moins une électrode de décharge portée à haute tension et produisant en son voisinage une ionisation de l’air à dépolluer.
18. Procédé de dépollution d'air, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à l'aide du système tel que défini dans l'une des revendications 8 à 17 et en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- Génération d'un flux d'air (F_air_in) à dépolluer par l'entrée d'air d'un module de rang i,
- Génération d'un flux d'eau (F_eau) par l'entrée d'eau du module de rang 1 ,
- Activation du générateur de tension pour générer un champ électrostatique entre la deuxième électrode du module de rang i et le flux d'eau s'écoulant dans ledit système et mis en contact avec la première électrode (33) du module de rang i.
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