FR2887791A1 - Procede et dispositif de tri selectif de particules mettant en oeuvre au moins une force de thermophorese - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de tri de particules, comprenant: l'injection d'un fluide comportant des particules (100), dans une zone dite " zone de tri " entre au moins un premier élément (110) et au moins deuxième élément (120) en regard l'un de l'autre et produisant au moins un gradient de température dans la zone de tri, permettant le déplacement des particules vers le deuxième élément et la séparation des particules. L'invention concerne également un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRI SELECTIF DE PARTICULES

METTANT EN OEUVRE AU MOINS UNE FORCE DE THERMOPHORESE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention concerne le domaine du tri de particules, en particulier de particules nanométriques présentes dans un gaz ou un liquide. L'invention prévoit un procédé de tri de particules en fonction de leur taille et/ou de leur masse, au moyen d'au moins une force de thermophorèse créée par un gradient thermique dans un fluide en mouvement, porteur des particules.

L'invention prévoit également un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé de tri, et trouve des applications notamment dans des systèmes de traitement de l'air ou des procédés de purification par exemple lors de l'élaboration de nano-particules, ou dans des procédés de filtration ou de piégeage de particules.

ART ANTÉRIEUR Les documents suivants: Recensement des nouvelles techniques de dépoussiérage rapport CETIAT n NTV 2003/038, juillet 2003 et Dépoussiérage et dévésiculage , Technique de l'Ingénieur (J 3 580) recensent différents types de dispositifs de séparation de particules. Ces dispositifs exploitent certaines forces mises en jeu lors du mouvement de particules en suspension dans un fluide. Parmi ces forces figurent notamment: la force de flottabilité, la force de traînée générée par la résistance du fluide au passage de la particule, la force Brownienne ou l'agitation moléculaire du fluide, la force de masse ajoutée, la force de Basset, les forces de gradient de pression, les forces dites de lift .

Parmi les dispositifs existants de séparation de particules dans un fluide, on distingue notamment.

- des dispositifs de séparation dits à effet mécanique , utilisant les lois de la mécanique des aérosols pour provoquer une séparation de particules dans un flux gazeux; les séparateurs dits à effet électrique , dans lesquels, des particules à collecter dans un fluide sont chargées électriquement par l'intermédiaire d'un gaz ionisé par des électrodes les séparateurs à média filtrant, dans lesquels un fluide chargé en particules traverse un milieu poreux, la dimension des pores déterminant la dimension de coupure du système de filtration ou la taille limite en dessous de laquelle les particules ne sont plus retenues par le système de filtration; les séparateurs humides ou laveurs, mettant en oeuvre un piégeage de particules en milieu humide; - les filtres hybrides, dans lesquels des séparateurs de natures différentes sont combinés de manière à augmenter l'efficacité globale de filtrage, ainsi que la sélectivité en taille, des particules filtrées.

Ces dispositifs de séparation peuvent être amenés à effectuer des opérations d'élimination de particules dans un fluide et s'appliquent à la collecte de particules de taille de l'ordre du micromètre, par exemple comprises entre 0,1}gym et 250}gym de diamètre. Certains de ces dispositifs de séparation peuvent être utilisés en vue d'une classification ou d'un tri sélectif de particules, dont la finalité est la séparation d'un groupe de particules en au moins deux fractions de particules associées respectivement à une taille ou une gamme de tailles donnée.

En général, les dispositifs de séparation utilisés pour effectuer un tri de particules dans un fluide appartiennent à la catégorie des séparateurs à effet mécanique , parmi lesquels on compte notamment: les chambres de sélection statiques, les cyclones statiques, les sélecteurs mécaniques à spirale, les sélecteurs mécaniques à rotors horizontaux, les sélecteurs mécaniques à axe vertical, etc. Cependant, les dispositifs de séparations habituellement utilisées pour remplir une fonction de tri de particules dans un fluide ont une efficacité limitée notamment lorsque la taille des particules est inférieure à 500 nm.

Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé pour collecter et/ou trier des particules, en particulier adapté à des particules de tailles submicroniques ou nanométriques, ainsi qu'un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne des systèmes pour collecter et/ou trier des particules de faible(s) taille(s), en particulier submicronique(s) ou nanométrique(s).

L'invention concerne tout d'abord un procédé de tri de particules, comprenant: l'injection d'un fluide comportant des particules, dans une zone dite zone de tri entre au moins un premier élément et au moins deuxième élément en regard l'un de l'autre et produisant au moins un gradient de température dans la zone de tri, permettant le déplacement des particules vers le deuxième élément et la séparation des particules.

Les particules triées à l'aide d'un tel procédé peuvent être de tailles différentes et/ou de masses différentes.

Le premier élément peut être à au moins une première température ou dégager au moins une première énergie thermique, tandis que le deuxième élément peut être à au moins une deuxième température, inférieure à la première température ou peut dégager au moins une deuxième énergie thermique inférieure à la première énergie thermique.

Selon une possibilité de mise en oeuvre du procédé, le premier élément et le deuxième élément peuvent être parallèles.

Le fluide peut éventuellement s'écouler à travers la zone de tri selon une direction principale d'écoulement donnée, réalisant un angle non nul, par exemple orthogonal avec la direction principale du gradient thermique formé par le premier élément et le deuxième élément.

Selon une variante, le premier élément et le deuxième élément peuvent être sous forme respectivement d'une première plaque et d'une deuxième plaque, à des températures différentes.

Selon une autre variante, le premier élément et le deuxième élément peuvent être sous forme respectivement d'un premier cylindre et d'un deuxième cylindre, à des températures différentes.

Le premier cylindre et le deuxième cylindre peuvent être agencés de sorte que l'un est situé à l'intérieur de l'autre.

Selon une variante, le premier cylindre et le deuxième cylindre peuvent être concentriques.

La répartition des moyens de collecte par rapport au deuxième élément et à l'entrée de la zone de tri, peut dépendre ou être fonction de la taille respective de particules ou de la gamme respective de tailles de particules que ces moyens de collecte sont destinés à collecter.

Selon une mise en oeuvre du procédé dans laquelle les particules sont injectées en entrée de la zone de tri, la séparation des particules peut comprendre: la collecte, par des premiers moyens de collecte et par des deuxièmes moyens de collecte respectivement, d'au moins un premier ensemble de particules de taille(s) appartenant à une première gamme de taille(s) de particules, et d'au moins un deuxième ensemble de particules de taille(s) appartenant à une deuxième gamme de taille(s) différentes des tailles de la première gamme, les premiers moyens de collecte et les deuxième moyens de collecte étant disposés au niveau du deuxième élément à des distances respectives différentes de l'entrée de la zone de tri.

Selon une variante pour laquelle, les tailles de la première gamme sont plus faibles que les tailles de la deuxième gamme, les premiers moyens de collecte et les deuxièmes moyens de collecte peuvent être disposés le long du deuxième élément, respectivement à une première distance de l'entrée de la zone de tri et à une deuxième distance de l'entrée de la zone de tri plus grande que la première distance.

Les premiers moyens de collecte peuvent éventuellement comporter une ou plusieurs premières ouvertures et au moins un premier conduit dans le prolongement des premières ouvertures, tandis que les deuxièmes moyens de collecte peuvent éventuellement comporter une ou plusieurs deuxièmes ouvertures et au moins un deuxième conduit dans le prolongement des deuxième ouvertures, le deuxième conduit étant disjoint ou distinct du premier conduit.

Les particules triées peuvent avoir une taille inférieure à 500 nanomètres ou d'au plus 100 nanomètres ou d'au plus 200 nanomètres, ou comprise entre 1 nanomètre et 100 nanomètres, ou comprise entre 1 nanomètre et 150 nanomètres, ou comprise entre 1 nanomètre et 300 nanomètres.

Selon une possibilité, le procédé de tri selon l'invention peut comprendre en outre, préalablement à l'étape d'injection des particules dans la zone de tri: une étape de désagrégation d'amas de particules. Une telle étape peut permettre d'améliorer la sélectivité du tri et peut être mise en oeuvre par exemple à l'aide de moyens pour solvater les particules et/ou d'un système d'injection comportant une ou plusieurs chicanes, et/ou d'un système pour imposer des ultrasons aux particules.

Selon une variante, le premier élément et le deuxième élément, sont aptes à produire plusieurs gradients thermiques d'intensités respectives différentes le long de la zone de tri.

Le premier élément et le deuxième élément, peuvent être aptes à produire au moins un premier gradient thermique dans un secteur de la zone de tri situé en regard des premiers moyens de collecte et au moins un deuxième gradient thermique, d'intensité différente de celle du premier gradient, dans un autre secteur de la zone de tri situé en regard des deuxièmes moyens de collecte. L'intensité du deuxième gradient thermique peut être supérieure à celle du premier gradient thermique.

L'invention concerne également un dispositif de tri de particules, comprenant: - des moyens pour injecter un fluide comportant des particules à trier dans une zone du dispositif, dite zone de tri , au moins un premier élément et au moins deuxième élément, situés en regard l'un de l'autre, et aptes à produire au moins un gradient de température dans la zone de tri, - des moyens de collecte de particules répartis dans la zone de tri au niveau du deuxième élément, associés au deuxième élément, et à des moyens de stockage et/ou de récupération de particules respectifs distincts.

La répartition des moyens de collecte par rapport au deuxième élément et à l'entrée de la zone de tri, peut dépendre ou être fonction de la taille respective de particules ou de la gamme respective de tailles de particules que ces moyens de collecte sont destinés à collecter. Les moyens de collecte sont répartis de préférence au niveau de l'élément le plus froid du système de génération du gradient thermique.

Le premier élément et le deuxième élément peuvent être éventuellement parallèles.

Selon une possibilité de mise en oeuvre du premier élément et du deuxième élément, ces derniers peuvent comporter respectivement au moins une première plaque, et au moins une deuxième plaque ajourée, la première plaque et la deuxième plaque étant à des températures différentes.

Selon une variante de mise en oeuvre du premier et du deuxième élément, ces derniers peuvent comporter respectivement au moins un premier cylindre et au moins un deuxième cylindre ajouré, le premier cylindre et le deuxième cylindre étant à des températures différentes.

L'agencement du premier cylindre et du deuxième cylindre peut être tel que l'un du premier cylindre et du deuxième cylindre est situé à l'intérieur de l'autre du premier cylindre et du deuxième cylindre.

Selon une variante, le premier cylindre et le deuxième cylindre peuvent être concentriques.

Selon une possibilité de mise en oeuvre du dispositif de tri de particules dans laquelle la zone de tri comporte une entrée par laquelle le fluide est destiné à être injecté, les moyens de collecte disposés au niveau du deuxième élément peuvent comprendre: des premiers moyens de collecte aptes à collecter au moins un premier ensemble de particules de taille(s) appartenant à une première gamme de taille(s), et des deuxièmes moyens de collecte aptes à collecter au moins un deuxième ensemble de particules de taille(s) appartenant à une deuxième gamme de taille(s) différentes des tailles de la première gamme, les premiers moyens de collecte et les deuxième moyens de collecte étant disposés au niveau du deuxième élément à des distances respectives différentes de l'entrée de la zone de tri.

Selon une variante, dans laquelle les tailles de la première gamme sont plus faibles que les tailles de la deuxième gamme, les premiers moyens de collecte et les deuxièmes moyens de collecte étant disposés le long du deuxième élément, respectivement à une première distance de l'entrée de la zone de tri et à une deuxième distance de l'entrée de la zone de tri, la deuxième distance peut être plus élevée que la première distance.

Selon une possibilité, le premier élément et le deuxième élément peuvent être prévus pour produire plusieurs gradients de température d'intensités différentes le long de la zone de tri. Le premier élément et le deuxième élément peuvent être prévus par exemple pour produire au moins un premier gradient d'une première intensité dans un secteur de la zone de tri situé en regard des premiers moyens de collecte, et au moins un deuxième gradient d'une deuxième intensité différente de la première intensité dans un autre secteur de la zone de tri situé en regard des deuxième moyens de collecte.

Selon une possibilité de mise en oeuvre des moyens de collecte, les premiers moyens de collecte peuvent comporter une ou plusieurs premières ouvertures et au moins un premier conduit dans le prolongement des premières ouvertures, tandis que les deuxièmes moyens de collecte peuvent comporter une ou plusieurs deuxièmes ouvertures et au moins un deuxième conduit dans le prolongement des deuxième ouvertures, disjoint ou distinct du premier conduit.

Selon une possibilité, le dispositif de tri peut comprendre en outre: des moyens pour désagréger des amas de particules, préalablement à leur injection des particules dans la zone de tri. De tels moyens de désagrégation peuvent être éventuellement couplés aux moyens d'injection et peuvent permettre d'améliorer l'efficacité du tri.

Selon une variante de mise en oeuvre du de tri dans laquelle les moyens de collecte une pluralité d'ouvertures, le dispositif de comprendre en outre: des moyens de ou pour empêcher un colmatage des dispositif comportent tri peut décolmatage ouvertures, par exemple à l'aide d'un système pour mettre les moyens de collecte en oscillation ou pour appliquer des vibrations sur les moyens de collecte.

Selon une variante, le premier élément et le deuxième élément, comprennent des moyens pour produire plusieurs gradients thermiques d'intensités respectives différentes le long de la zone de tri.

Le premier élément et le deuxième élément, peuvent comprendre des moyens pour produire au moins un premier gradient thermique dans un secteur de la zone de tri situé en regard des premiers moyens de collecte et au moins un deuxième gradient thermique, d'intensité différente de celle du premier gradient, dans un autre secteur de la zone de tri situé en regard des deuxièmes moyens de collecte. Le deuxième gradient thermique peut être supérieur au premier gradient thermique.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1A-1C illustrent différentes étapes d'un procédé de tri de particules selon l'invention, ainsi qu'un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé ; - les figures 2A, 2B, 2C, représentent des fractions de particules séparées et triées selon un critère de taille à l'aide d'un procédé de tri selon l'invention; - les figures 3A et 3B illustrent des exemples de moyens pour former un gradient thermique au sein d'un dispositif de tri suivant l'invention; - La figure 4 illustre une variante de dispositif de tri de particules selon l'invention; Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.

Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un procédé suivant l'invention met en oeuvre un tri sélectif d'un groupe de particules en fonction de leurs propriétés physiques, au moyen d'au moins une force de thermophorèse.

Par particules, on entend en particulier des éléments, par exemple inorganiques ou biologiques, ayant une taille pouvant aller de 0,1 nanomètre à plusieurs micromètres ou de taille inférieure à 1 micromètre ou de taille inférieure à 500 nanomètres, et de préférence pas plus élevée que 100 nanomètres pour assurer une plus grande efficacité de collecte et/ou de tri. Par propriétés physiques on entend en particulier des propriétés telles que la taille ou/et la masse de particules. Par taille des particules, on entend leur diamètre, par exemple lorsque ces dernières ont une forme sphérique ou sensiblement sphérique, ou pour d'autres formes, la plus grande dimension caractéristique de ces particules. Des particules de compositions identiques, mais de tailles ou/et de masses respectives différentes pourront être également triées.

Un exemple de procédé de tri de particules selon la présente invention, suivant un critère de taille ou de granulométrie, va à présent être décrit en liaison avec les figures 1A-1C.

Dans cet exemple, les particules 100 destinées à être triées ont des tailles différentes, et peuvent avoir des compositions identiques ou proches ou être à base d'un même matériau, par exemple du TiO2, obtenu par dégradation thermique d'un précurseur de Titane.

Les particules 100 peuvent être disposées tout d'abord dans un fluide (non référencé sur la figure 1A) dit fluide porteur , par exemple un liquide tel que de l'eau ou par exemple un gaz tel que de l'azote ou de l'air. On peut donc choisir le fluide porteur suivant la nature, mais aussi suivant la taille et/ou la masse des particules à trier.

Le fluide porteur comprenant les particules 100 à trier, est émis par des moyens d'injection (non représentés) en entrée 102a d'une zone 102, que l'on nommera zone de tri , et que le fluide porteur est destiné à traverser, depuis son entrée 102a vers une sortie notée 102b. Les moyens d'injection peuvent être par exemple sous forme d'une couronne percée dans laquelle circule le fluide porteur, couplée à un injecteur haute pression, apte à générer un brouillard de particules au centre de la couronne.

Une étape de désagrégation d'amas ou d'agglomérats de particules, préalablement à une émission de ces dernières en entrée 102a de la zone de tri, peut être prévue. Une telle désagrégation peut être mise en oeuvre au moyen d'un système apte à mettre en suspension les particules dans un liquide, les pulvériser et éventuellement les sécher.

La désagrégation peut être également réalisée à l'aide d'un système d'injection à haute pression ou très haute pression, doté d'au moins un conduit comportant une ou plusieurs chicanes. Un système dans lequel les particules sont placées dans un liquide, par exemple tel que de l'eau, puis mises en circulation dans un conduit ou une buse dans lequel ou dans laquelle on impose des ultrasons, puis sont éventuellement pulvérisées en sortie d'un injecteur et éventuellement séchées avant d'être émises dans la zone de tri, peut être également prévu pour mettre en oeuvre une telle désagrégation.

L'entrée 102a et la sortie 102b de la zone de tri, peuvent être situées à la même altitude.

La zone de tri est définie par un volume entre un premier élément 110 et un deuxième élément 120, situés en regard l'un de l'autre, et à des températures différentes.

La zone de tri peut avoir une longueur L (définie sur la figure 1A, dans une direction parallèle à l'axe i d'un repère orthogonal [0; i; j; k]) par exemple comprise entre plusieurs centimètres et plusieurs mètres, ou par exemple de l'ordre de 500 mm. Le premier élément 110 et le deuxième élément 120 peuvent être également espacés d'une distance e (définie sur la figure 1A, dans une direction parallèle à l'axe j d'un repère orthogonal [0; i; j; kl) qui peut être de l'ordre de plusieurs millimètres, par exemple de l'ordre de 2 millimètres, ou par exemple comprise entre 1 micromètre et 1 centimètre. Le débit du fluide porteur dans la zone 102 peut être par exemple compris entre 0,1 litres par minute et 50 litres par minute, par exemple de l'ordre de 2 litres par minute.

Le premier élément 110 et le deuxième élément 120 sont prévus pour être à des températures respectives différentes. Le premier élément 110, que l'on appellera également source chaude , peut être prévu pour être à au moins une température supérieure à une température à laquelle se trouve le deuxième élément 120, ce dernier étant appelé source froide .

Le premier élément 110 peut être prévu pour être à une température moyenne supérieure à la température moyenne du deuxième élément 120. Par source chaude et source froide on entend des sources à des températures respectives différentes, de sorte que la température moyenne de la source dite chaude est supérieure à la température moyenne de la source dite froide .

Selon une possibilité de mise en oeuvre, la température à laquelle se trouve le premier élément peut être produite au moyen d'un premier fluide 112, par exemple un premier liquide, mis en circulation dans le premier élément 110, et à une première température, par exemple de l'ordre de 160 C. Le premier liquide 112 peut être par exemple de l'eau ou de l'huile, chauffée par exemple par une chaudière. La température à laquelle se trouve le deuxième élément 120 peut être, quant à elle, produite au moyen, par exemple, d'un deuxième fluide 122, par exemple un deuxième liquide en circulation dans le deuxième élément 120, et à une deuxième température, par exemple de l'ordre de 10 C.

Le deuxième liquide peut être par exemple de l'eau industrielle refroidie. Selon une variante, le premier fluide 112 et le deuxième fluide 122 peuvent être des fluides refroidis ou des fluides chauffés à des températures respectives différentes.

Selon une autre possibilité de mise en oeuvre, les températures respectives du premier élément 110 et du deuxième élément 120 peuvent être produites au moyen de résistances électriques ou d'élément rayonnants, par exemples chauffés par un brûleur au gaz.

Les températures respectives auxquelles le premier élément 110 et le deuxième élément 120 sont portés peuvent être modulées. Le premier élément 110 et le deuxième élément peuvent être associés respectivement à un premier circuit de chauffage, et un à un deuxième circuit de chauffage. Le premier circuit de chauffage peut comprendre des moyens pour moduler la température du premier élément comportant par exemple au moins une première résistance électrique modulable.

Le deuxième circuit de chauffage peut également comprendre des moyens pour moduler la température du deuxième élément comportant par exemple au moins une deuxième résistance électrique modulable.

Les températures respectives auxquelles le premier élément 110 et le deuxième élément 120 sont portés, ou les énergies thermiques respectives que le premier élément 110 et le deuxième élément 120 dégagent respectivement, ne sont pas nécessairement uniformes sur toute la zone 102 de tri.

Le premier élément 110 et le deuxième élément 120 sont prévus pour former au moins un gradient thermique dans le fluide porteur comportant les particules 100 à trier, lorsque ce fluide est en déplacement dans la zone 102 de tri. Ce gradient thermique crée une force de thermophorèse, laquelle force peut se traduire par une déviation des particules 100 vers l'élément 120 se trouvant à la température la plus basse entre les deux éléments 110 ou 120.

Ledit gradient peut être ajusté ou modulé, en intensité et/ou en direction, de manière globale, c'est à dire sur l'ensemble de la zone 102 de tri, ou de manière localisée sur des régions données de la zone 102 de tri. Le gradient thermique peut être réglé à une valeur fixe, sur l'ensemble de la zone 102 de tri, ou éventuellement varier en intensité, le long de cette zone 102.

La direction du gradient peut être telle qu'elle réalise un angle non nul, par exemple de l'ordre de 90 , avec la direction principale du champ des vitesses du fluide porteur (définie sur la figure 1A, dans une direction parallèle à l'axe i d'un repère orthogonal [0;i;j;k]), cet angle pouvant être modulé. La direction du gradient peut être modulée, afin de modifier ou d'ajuster la sélectivité du tri.

L'intensité du gradient peut être également ajustée ou modulée, par exemple à l'aide de moyens pour moduler la distance e entre le premier élément 110 et le deuxième élément 120, ou/et de moyens pour moduler la température respective des deux éléments 110 et 120.

Les moyens pour moduler la distance e peuvent être par exemple formés d'un système doté d'une ou plusieurs vis, par exemple micrométriques.

L'ampleur de la déviation d'une particule donnée parmi les particules 100, est fonction ou dépend de la taille et/ou de la masse de cette particule donnée. Des particules de tailles différentes parmi les particules 100, auront des comportements différents sous l'influence de la force de thermophorèse, et pourront être triées. L'impact de la force de thermophorèse respectivement sur les particules 100, ou l'importance de la force de thermophorèse dans le bilan des forces, exercé respectivement sur les particules 100, dépend de la taille et/ou de la masse respective de ces dernières.

Dès lors qu'elles parviennent en entrée 102a de la zone 102 de tri, les particules 100 sont déviées vers la source froide 120. La déviation que subit une particule donnée parmi les particules 100 vers la source froide, est d'autant plus importante que la taille et/ou la masse de cette particule donnée est faible.

Après avoir été injectées en entrée 102a de la zone 102 de tri, les particules 100 se déplacent dans cette zone 102 sur des longueurs différentes les unes par rapport aux autres, en fonction de leurs tailles et/ou masses respectives, et se dirigent vers des moyens de collecte de particules associés à l'élément 120, d'autant plus rapidement que leur taille et/ou leur masse est faible.

Des moyens de collecte de particules sont formés au niveau de l'élément 120, le plus froid ou se trouvant à la température la plus basse des deux éléments 110 et 120, et peuvent comprendre des zones de collecte 124, 126, 128, formées ou disposées le long de cet élément 120. Les zones de collecte 124, 126, 128, peuvent être par exemple sous forme de grilles et sont destinés à collecter des ensembles ou des populations ou des fractions différentes de particules. Le dispositif de tri peut par exemple comprendre une première zone de collecte 124, une deuxième zone de collecte 126, une troisième zone de collecte 128, destinées respectivement à collecter, une première fraction de particules associées à au moins une première taille ou à une première gamme de taille(s) de particules, une deuxième fraction de particules, associées à une deuxième taille plusélevée que la première taille ou à une deuxième gamme de taille(s) plus élevées que la ou les taille(s) de la première gamme, et une troisième fraction de particules associées à une troisième taille plus élevée que la deuxième taille ou à une troisième gamme de taille(s) plus élevées que la ou les taille(s) de la deuxième gamme.

Pour une configuration donnée par exemple un gradient de température et une distance entre source chaude et froide données, le tri des différentes tailles de particules peut se faire en fonction de la position respective des moyens de collecte ou des zones de collecte, de sorte que plus une zone de collecte est proche de l'entrée 102a, plus les particules collectées par cette zone sont fines.

La disposition respective des zones de collecte 124, 126, 128, juxtaposées le long de la zone de tri au niveau du deuxième élément 120 par rapport à l'entrée 102a de la zone 102 de tri, peut être prévue en fonction de la taille ou de la gamme de tailles de particules que ces zones 124, 126, 128, sont destinées respectivement à collecter. La première zone de collecte 124 peut être plus proche de l'entrée 102a de la zone de tri par laquelle le fluide porteur est injecté que la deuxième zone de collecte 126, la deuxième zone de collecte 126 étant quant à elle plus proche de l'entrée 102a que ne l'est la troisième zone de collecte 126.

La figure 1B, montre qu'au bout d'une certaine distance de l'entrée 102a de la zone de tri 102, un premier ensemble ou une première fraction 104 de particules de taille(s) appartenant à une première gamme de taille(s) de particules, s'est déplacé vers, et se trouve à proximité de la première zone de collecte 124.

Un deuxième ensemble ou une deuxième 30 fraction 106 de particules de taille(s) appartenant à une deuxième gamme de tailles plus élevée(s) que la taille ou les tailles de la première gamme, s'est déplacée vers, et se trouve à proximité de, la deuxième zone 126 de collecte. Un troisième ensemble ou une troisième fraction 108 de particules, de taille(s) appartenant à une troisième gamme de tailles plus élevée(s) que la taille ou les tailles de la deuxième gamme, ou appartenant à une troisième gamme de tailles, s'est déplacée vers, et se trouve à proximité de, la troisième zone de collecte 128.

Les zones de collecte 124, 126, 128, de particules peuvent comporter chacune une ou plusieurs lumières ou ouvertures, respectivement notées 134, 136, 138, formées le long de la source froide 120, et à travers lesquelles les particules sont destinées à passer.

La taille de particules collectées ou la granulométrie de particules collectées par les moyens collecteurs le long du deuxième élément peut éventuellement varier uniformément le long du deuxième élément. Les ouvertures 134, 136, 138, peuvent être prévues pour avoir un diamètre par exemple d'au moins dix fois ou d'au moins cent fois la taille des particules à trier, par exemple compris entre 1 m et m.

Ensuite, les ensembles 104, 106, 108, de particules passent respectivement à travers les ouvertures 134, 136, 138.

Des moyens pour dé-colmater (non représentés) ou pour empêcher un colmatage des moyens de collecte 124, 126, 128 et en particulier des ouvertures 134, 136, 138, peuvent être également prévus. Ces moyens de décolmatage peuvent comprendre par exemple un système doté d'un marteau et/ou un système destiné à appliquer des vibrations sur les zones ou grilles de collecte 124, 126, 128 et/ou un système pour mettre en oscillation les zones ou grilles de collecte 124, 126, 128.

Dans le prolongement respectif de ces ouvertures 134, 136, 138, un conduit ou une canalisation 144, 146, 148, par exemple à embouchure évasée, peut être prévue pour récupérer des fractions séparées de particules triées. Les conduits 144, 146, 148, ne communiquent pas entre eux ou sont distincts ou indépendants, et peuvent déboucher respectivement sur des moyens de stockage ou un récipient 164, 166, 168, de récupération des particules. Les récipients 164, 166, 168, peuvent être par exemple des pots prévus pour conditionner les particules en phase sèche ou bien des laveurs. Les conduits 144, 146, 148, peuvent être éventuellement couplés respectivement à des systèmes à bipasse débouchant sur plusieurs récipients. Des moyens d'évacuation du fluide porteur en sortie 102b de la zone 102 de tri peuvent être également prévus par exemple sous forme d'un cyclone (non représenté). Le cyclone peut être refroidi par rapport au fluide porteur.

La figure 1C illustre les particules 100 une fois séparées et triées sélectivement, et en particulier la première fraction 104 de particules, la deuxième fraction 106 de particules, et la troisième fraction 108 de particules, séparées. Ces fractions 2887791 23 104, 106, et 108 se trouvent respectivement dans le récipient 164, le récipient 166, et le récipient 168.

Selon une variante de mise en oeuvre du procédé et du dispositif de tri décrits précédemment en liaison avec les figures 1A à 1C, les températures respectives auxquelles le premier élément 110 et/ou le deuxième élément 120 sont portés, ne sont pas uniformes le long de la zone 102 de tri. Selon cette variante, des gradients thermiques d'intensités respectives différentes, peuvent être produits le long de la zone 102 de tri.

La figure 4 illustre un mode de réalisation d'une telle variante, pour lequel des régions 151, 152, 153, du premier élément 110 sont mises à des températures respectives différentes.

Dans ce mode de réalisation, le deuxième élément 120 peut être associé à un circuit de refroidissement comprenant un fluide 122, par exemple un liquide en circulation dans le deuxième élément 120, et à une deuxième température, par exemple de l'ordre de 10 C.

Le premier élément 110 peut être quant à lui, sous forme d'une plaque 160 ou d'un conduit 160 associé à plusieurs circuits de chauffages distincts 171, 172, 173, répartis le long de la zone de tri.

Un premier circuit de chauffage 171 comportant par exemple un fluide 181 en circulation à une température donnée T1 par exemple de l'ordre de 100 C, peut être en contact avec la plaque 160 ou le conduit 160 et permet de placer une première région 151 de la plaque 160 ou du conduit 160 à une première température. La première région 151 peut être située en regard des premiers moyens de collecte 124. Dans un premier secteur de la zone 102 de tri, situé entre la première région 151 et les premiers moyens 124 de collecte, au moins un premier gradient thermique d'une première intensité peut être formé.

Un deuxième circuit de chauffage 172 comportant par exemple un fluide 182 en circulation et à une température T2, par exemple de l'ordre de 200 C, différente de T1, peut être en contact avec la plaque 160 ou le conduit 160 et permet de placer une deuxième région 152 de la plaque 160 ou du conduit 160 à une deuxième température, différente de la première température. Cette deuxième région 152 peut être située en regard des deuxièmes moyens de collecte 126 de la zone 102 de tri. Dans un deuxième secteur de la zone 102 de tri, situé entre la deuxième région 152 et les deuxième moyens 126 de collecte, au moins un deuxième gradient thermique d'une intensité différente de celle du premier gradient peut être formé. L'intensité du deuxième gradient peut être réglée de manière à être supérieure à celle du premier gradient. Un troisième circuit de chauffage 173 comportant par exemple un fluide 183 en circulation à une température T3, par exemple de l'ordre de 300 C, différente de T1 et de T2, peut être en contact avec la plaque 160 ou le conduit 160, et permet de placer une troisième région 153 de la plaque 160 ou du conduit 160 à une troisième température, différente de la première température et de la deuxième température. Cette troisième région 153 peut être située en regard des troisièmes moyens de collecte 128. Dans un troisième secteur de la zone de tri 102, situé entre la troisième région 153 de la plaque 160 ou du conduit 160 et les troisièmes moyens 128 de collecte, au moins un troisième gradient thermique d'une troisième intensité, différente de la première intensité et de la deuxième intensité, peut être formé. Les intensités respectives du premier gradient dans le premier secteur, du deuxième gradient dans le deuxième secteur et du troisième gradient dans le troisième secteur, peuvent être prévues en fonction des tailles ou des gammes de tailles respectives que les premiers moyens de collecte, les deuxièmes moyens de collecte et les troisièmes moyens de collecte sont destinés à collecter. L'intensité du troisième gradient thermique peut être réglée de manière à être plus élevée que celle du deuxième gradient thermique, l'intensité du deuxième gradient thermique pouvant être réglée de manière à être plus élevée que celle du premier gradient thermique.

Selon une variante de mise en oeuvre illustrée sur la figure 3A, le premier élément 110 et le deuxième élément 120 peuvent être sous forme, respectivement, d'une première plaque 210 et d'une deuxième plaque 220, par exemple rectangulaires et de longueur L par exemple de l'ordre de 500 mm définissant la longueur de la zone de tri 102, et de largeur 1 par exemple de l'ordre de 150 mm. La première plaque 210 et la deuxième plaque 220 peuvent être parallèles entre elles, et situées à une distance e par exemple de l'ordre de 2 mm l'une de l'autre, et mises à des températures différentes l'une par rapport à l'autre.

La deuxième plaque 220 peut également comporter des moyens de collecte de particules sous forme d'ouvertures 244, 246, 248 ou des lumières associées respectivement à des conduits de récupération ou à des moyens de stockages de particules (non représentés) séparés ou distincts.

Selon une autre variante de mise en oeuvre illustrée sur la figure 3B, le premier élément 110 et le deuxième élément 120 peuvent être sous forme respectivement d'un premier cylindre 310 et d'un deuxième cylindre 320, situés à une distance e l'un de l'autre, le premier cylindre et le deuxième cylindre étant à des températures différentes l'un par rapport à l'autre. Le deuxième cylindre 320 peut également comporter des moyens de collecte de particules sous forme d'ouvertures 344, 346, 348 ou des lumières associées respectivement à des conduits de récupération ou à des moyens de stockages de particules (non représentés) séparés ou distincts. Le premier cylindre 310 peut être situé à l'intérieur du deuxième cylindre 320. Le premier cylindre 310 et le deuxième cylindre 320 peuvent être concentriques.

Selon une variante (non représentée), le deuxième cylindre 320 peut être situé à l'intérieur du premier cylindre.

Un tel agencement avec des éléments 110 et 120 sous forme de cylindres 310 et 320, permet d'obtenir une stabilité améliorée du ou des gradient(s) thermique(s). Cet agencement confère une bonne homogénéité dans la circulation du fluide porteur entre les éléments 110 et 120 et/ou des fluides en circulation dans l'élément 110 et/ou 120.

Les figures 2A, 2B, 2C, illustrent un exemple de résultat de tri de particules, mis en oeuvre à l'aide d'un procédé suivant l'invention, en particulier en trois fractions 204, 206, 208, séparées de particules triées selon un critère de taille. Une première fraction 204 comporte des particules de taille(s) appartenant à une première gamme de taille de particules (figure 2A). Une deuxième fraction 206 comporte des particules de taille(s) appartenant à une deuxième gamme de tailles différentes de celles de la première gamme (figure 2B). Une troisième fraction 208 comporte des particules de taille(s) appartenant à une troisième gamme de tailles de particules différentes des tailles de la première et de la deuxième gamme (figure 2C).

Le tableau suivant résume des données statistiques relatives aux tailles des particules dans la première fraction 204, dans la deuxième fraction 206, et dans la troisième fraction 208.

Fraction n Taille moyenne 204 30 nm 206 70 nm 208 130 nm L'invention n'est pas limitée à un tri de 25 particules de compositions identiques. Des particules de compositions différentes ayant des tailles et/ou des masses différentes pourront être triées, en injectant un fluide comportant les particules les particules de compositions différentes dans une zone dite zone de tri entre au moins le premier élément 110 et le deuxième élément 120 appartenant au dispositif de tri tel que décrit plus haut.

L'invention trouve des applications dans le domaine de la purification ou du filtrage de particules submicroniques ou nanométriques, par exemple pour le traitement de l'air. Un système de traitement de l'air doté d'un dispositif de tri de particules suivant l'invention, pour piéger des nanopoudres et éviter une par exemple une contamination, peut être mis en oeuvre.

L'invention trouve également des applications dans des procédés de production de nanoparticules ou de poudres, dans lesquels on a à effectuer un tri sélectif de particules suivant un critère de taille.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Procédé de tri de particules, comprenant: l'injection d'un fluide comportant des particules (100), dans une zone dite zone de tri entre au moins un premier élément (110) et au moins deuxième élément (120) en regard l'un de l'autre et produisant au moins un gradient de température dans la zone de tri, permettant le déplacement des particules vers le deuxième élément et la séparation des particules.

2. Procédé selon la revendication 1, les particules triées étant de tailles différentes et/ou de masses différentes.

3. Procédé de tri de particules selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les particules sont injectées en entrée de la zone de tri, la séparation des particules comprenant: la collecte, par des premiers moyens de collecte et par des deuxièmes moyens de collecte respectivement, d'au moins un premier ensemble de particules de taille(s) appartenant à une première gamme de taille(s) de particules, et d'au moins un deuxième ensemble de particules de taille(s) appartenant à une deuxième gamme de taille(s) différentes des tailles de la première gamme, les premiers moyens de collecte et les deuxième moyens de collecte étant disposés au niveau du deuxième élément à des distances respectives différentes de l'entrée de la zone de tri.

4. Procédé de tri de particules selon la revendication 3, dans lequel les tailles de la première gamme sont plus faibles que les tailles de la deuxième gamme, les premiers moyens de collecte et les deuxièmes moyens de collecte étant disposés le long du deuxième élément, respectivement à une première distance de l'entrée de la zone de tri et à une deuxième distance de l'entrée de la zone de tri, la deuxième distance étant plus grande que la première distance.

5. Procédé de tri de particules selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les premiers moyens de collecte comportent une ou plusieurs premières ouvertures et au moins un premier conduit dans le prolongement des premières ouvertures, les deuxièmes moyens de collecte comportant une ou plusieurs deuxièmes ouvertures et au moins un deuxième conduit dans le prolongement des deuxième ouvertures, le deuxième conduit étant disjoint ou distinct du premier conduit.

6. Procédé de tri selon l'une des revendications 1 à 5, les particules ayant une taille inférieure à 500 nanomètres.

7. Procédé de tri selon l'une des

revendications 1 à 6, comprenant en outre,

préalablement à l'étape d'injection des particules (100) dans la zone (102) de tri: une étape de désagrégation d'amas de particules (100).

8. Procédé de tri selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le premier élément (110) et le deuxième élément (120) sont aptes à produire plusieurs gradients de températures d'intensités respectives différentes le long de la zone de tri.

9. Dispositif de tri de particules, comprenant: - des moyens pour injecter un fluide comportant des particules (100) à trier dans une zone (102) du dispositif, dite zone de tri , - au moins un premier élément (110) et au moins deuxième élément (120), situés en regard l'un de l'autre, et aptes à produire au moins un gradient de température dans la zone (102) de tri, des moyens de collecte de particules répartis dans la zone de tri au niveau du deuxième élément, associés au deuxième élément (120), et à des moyens de stockage et/ou de récupération particules respectifs distincts.

10. Dispositif de tri de particules selon la revendication 9, dans lequel la zone de tri comporte une entrée par laquelle le fluide est apte à être injecté, les moyens de collecte disposés au niveau du deuxième élément, comprenant: au moins des premiers moyens de collecte et au moins des deuxièmes moyens de collecte aptes à collecter respectivement, au moins un premier ensemble de particules de taille(s) appartenant à une première gamme de taille(s), et au moins un deuxième ensemble de particules de taille(s) appartenant à une deuxième gamme de taille(s) différentes des tailles de la première gamme, les premiers moyens de collecte et les deuxième moyens de collecte étant disposés au niveau du deuxième élément à des distances respectives différentes de l'entrée de la zone de tri.

11. Dispositif de tri de particules selon la revendication 10, dans lequel les tailles de la première gamme sont plus faibles que les tailles de la deuxième gamme, les premiers moyens de collecte et les deuxièmes moyens de collecte étant disposés le long du deuxième élément, respectivement à une première distance de l'entrée de la zone de tri et à une deuxième distance de l'entrée de la zone de tri, la deuxième distance étant plus élevée que la première distance.

12. Dispositif de tri de particules selon la revendication 10 ou 11, dans lequel les premiers moyens de collecte comportent une ou plusieurs premières ouvertures et au moins un premier conduit dans le prolongement des premières ouvertures, les deuxièmes moyens de collecte comportant une ou plusieurs deuxièmes ouvertures et au moins un deuxième conduit dans le prolongement des deuxième ouvertures, disjoint ou distinct du premier conduit.

13. Dispositif de tri de particules, selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel le premier élément et le deuxième sont à une distance e l'un de l'autre, comprenant en outre: des moyens pour moduler la distance e entre le premier élément et le deuxième élément.

14. Dispositif de tri de particules, selon la revendication 9 à 13, dans lequel le premier élément et le deuxième élément sont respectivement à au moins une première température et au moins une deuxième température, la première température et la deuxième température étant différentes, comprenant en outre: des moyens pour moduler la température du premier élément et/ou pour moduler la température du deuxième élément.

15. Dispositif de tri de particules selon l'une des revendications 9 à 14, le premier élément et le deuxième élément comportant respectivement au moins une première plaque et au moins une deuxième plaque ajourée, la première plaque et la deuxième plaque étant parallèles et à des températures différentes.

16. Dispositif de tri de particules selon l'une des revendications 9 à 15, le premier élément et le deuxième élément étant sous forme respectivement d'au moins une premier cylindre et d'au moins une deuxième cylindre ajouré, le premier cylindre et le deuxième cylindre étant circonscrits et à des températures différentes.

17. Dispositif de tri de particules selon l'une des revendications 9 à 16, comprenant en outre: des moyens pour désagréger des amas de particules (100), préalablement à leur injection dans la zone (102) de tri.

18. Dispositif de tri de particules selon l'une des revendications 9 à 17, dans lequel les moyens de collecte comportent une pluralité d'ouvertures (134, 136, 138), comprenant en outre: des moyens de décolmatage des ouvertures.

19. Dispositif de tri de particules selon l'une des revendications 9 à 18, le premier élément et le deuxième élément étant aptes à produire plusieurs gradients de températures d'intensités différentes le long de la zone (102) de tri.