FR3022806B1 - Collecteur electrostatique - Google Patents

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Abstract

Collecteur électrostatique comprenant une chambre de collecte délimitée par une paroi tubulaire orientée selon un premier axe ; une électrode de décharge, de forme allongée, s'étendant selon ledit premier axe ; une électrode de collecte destinée à être disposée à l'intérieur de la chambre de collecte contre la paroi, caractérisé en ce que l'électrode de décharge (10) comporte une extrémité (10-1), en forme de pointe, ladite extrémité étant disposée en regard de l'électrode de collecte ; une première partie, fine, (10a) d'un premier diamètre, débouchant sur ladite extrémité en forme de pointe, une deuxième partie (10b), d'un second diamètre, le second diamètre étant supérieur ou égal à deux fois le premier diamètre, le second diamètre étant de préférence compris entre 2 et 6 fois le premier diamètre ; et un élargissement brusque (11), s'étendant entre la première partie (10a) et la deuxième partie (10b).

Description

COLLECTEUR ELECTROSTATIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif de collecte électrostatique de particules en suspension dans un milieu gazeux, couramment appelé collecteur électrostatique ou électrofiltre.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La détection et l'analyse des particules présentes dans l'air ambiant constituent une préoccupation actuelle majeure, que ce soit pour la surveillance de la qualité de l'air, pour protéger les populations d'agents pathogènes aéroportés (légionnelles, grippe, etc.) ou pour des enjeux de sécurité (détection d'attaques biologiques).
Des collecteurs électrostatiques ou électrofiltres, couramment désignés par l'acronyme d'origine anglo-saxonne ESP (« Electrostatic Precipitator »), permettent de collecter des particules en suspension dans un milieu gazeux, par exemple l'air ambiant. Ils permettent ainsi de purifier le milieu gazeux et éventuellement d'analyser les particules collectées.
Un collecteur électrostatique comprend deux électrodes disposées à proximité l'une de l'autre. Une des deux électrodes est couramment appelée électrode de décharge et l'autre électrode est couramment appelée contre-électrode ou électrode de collecte. Un champ électrique élevé est induit entre les deux électrodes sous l'effet d'une différence de potentiel appliquée entre les deux électrodes. Le champ électrique ionise le volume de gaz situé entre les deux électrodes, créant une gaine ou couronne de gaz ionisé située autour de l'électrode de décharge. Ce phénomène est appelé décharge couronne. Le gaz contenant les particules à séparer que l'on fait transiter entre l'électrode de décharge et l'électrode de collecte traverse alors un flux d'ions et les particules à séparer sont ionisées à leur tour. Sous l'effet des forces électrostatiques, les particules chargées ainsi créées sont attirées par l'électrode de collecte sur laquelle elles sont collectées.
Il se pose le problème d'optimiser la décharge électrique générée entre l'électrode de décharge et l'électrode de collecte afin de maximiser le rendement de collecte.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention vise notamment à résoudre ces problèmes.
La présente invention concerne un collecteur électrostatique comprenant une chambre de collecte délimitée par une paroi tubulaire orientée selon un premier axe ; une électrode de décharge, de forme allongée, s'étendant selon ledit premier axe ; et une électrode de collecte destinée à être disposée à l'intérieur de la chambre de collecte contre la paroi.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'électrode de décharge comporte : - une extrémité, en forme de pointe, ladite extrémité étant disposée en regard de l'électrode de collecte ; - une première partie, dite partie fine, présentant un premier diamètre et débouchant sur ladite extrémité en forme de pointe ; - une deuxième partie présentant un second diamètre, le second diamètre étant supérieur ou égal à deux fois le premier diamètre, le second diamètre étant de préférence compris entre 2 et 6 fois le premier diamètre ; et - un élargissement brusque, s'étendant entre les première et deuxième parties.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit élargissement brusque s'étend sur une distance inférieure au second diamètre.
La première partie peut présenter une longueur inférieure à environ 10 mm, de préférence inférieure à environ 5 mm, par exemple comprise entre environ 1 et 5 mm.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le collecteur électrostatique comprend en outre un premier moyen de polarisation, apte à porter l'électrode de décharge à un premier potentiel, et un deuxième moyen de polarisation, apte à porter l'électrode de collecte à un deuxième potentiel, le premier potentiel étant inférieur au deuxième potentiel. De préférence, le premier potentiel est un potentiel de masse.
Le premier diamètre peut être compris entre 0,5 mm et 2 mm.
Le second diamètre peut être compris entre 1 mm et 5 à 6 mm.
Un avantage d'une électrode de décharge présentant un tel élargissement brusque est lié au fait qu'elle permet d'obtenir un dépôt plus axisymétrique des particules sur l'électrode de collecte, par rapport à une électrode de décharge de diamètre constant sur toute sa longueur. Une telle électrode de décharge permet d'éviter des accumulations inhomogènes de particules collectées au niveau de l'électrode de collecte. Il en résulte un rendement de collecte accru du collecteur électrostatique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'élargissement de l'électrode de décharge est formé par un anneau conducteur entourant la première partie fine de l'électrode de décharge sur une partie de sa longueur, ladite extrémité en forme de pointe dépassant de l'anneau.
Avantageusement, l'extrémité de l'anneau la plus proche de l'extrémité en forme de pointe de l'électrode de décharge est arrondie.
Ladite extrémité en forme de pointe peut être située à une distance comprise entre 2 mm et 10 mm de l'anneau. L'anneau peut présenter un diamètre externe compris entre 1 mm et 5 mm et un diamètre interne qui permette le passage et le maintien de la première partie fine de l'électrode de décharge.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'électrode de décharge est un élément conducteur électrique creux, par exemple un capillaire métallique.
La présente invention concerne également un collecteur électrostatique comprenant une chambre de collecte délimitée par une paroi tubulaire orientée selon un premier axe ; une électrode de décharge, dont au moins une extrémité est en forme de pointe, destinée à être disposée à l'intérieur de la chambre de collecte ; une électrode de collecte, de forme tubulaire, destinée à être disposée dans une ouverture formée dans la paroi, l'électrode de collecte présentant une première extrémité et une seconde extrémité, la première extrémité étant destinée à être la plus proche de ladite extrémité en forme de pointe de l'électrode de décharge ; et un moyen de rappel, destiné à être disposé dans ladite ouverture entre l'électrode de collecte et la paroi.
Un avantage d'un tel collecteur électrostatique est lié au fait qu'il permet de faciliter le retrait de l'électrode de collecte du collecteur électrostatique, par exemple en vue de l'analyse des particules collectées et/ou du nettoyage de l'électrode de collecte.
Le moyen de rappel peut être un ressort.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le collecteur électrostatique comprend en outre une pièce de blocage, destinée à appuyer sur la seconde extrémité de l'électrode de collecte et à comprimer le moyen de rappel. De préférence, la seconde extrémité de l'électrode de collecte comporte une collerette.
Avantageusement, la première extrémité de l'électrode de collecte présente un rebord interne arrondi. Ceci permet de réduire le risque de générer des arcs électriques entre l'électrode de décharge et l'électrode de collecte.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la paroi interne de l'électrode de collecte est une portion de cône.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la chambre de collecte présente un diamètre interne plus élevé en amont de l'électrode de collecte qu'à l'emplacement de l'électrode de collecte.
La présente invention concerne également un procédé d'utilisation d'un collecteur électrostatique selon l'invention, tel que décrit ci-dessus.
La présente invention concerne en outre un procédé d'utilisation d'un collecteur électrostatique comportant : - une chambre de collecte délimitée par une paroi tubulaire orientée selon un premier axe ; - une électrode de décharge, de forme allongée, s'étendant selon ledit premier axe ; et une électrode de collecte disposée à l'intérieur de la chambre de collecte, l'électrode de décharge présentant une extrémité en forme de pointe disposée en regard de l'électrode de collecte ; et - un premier moyen de polarisation, apte à porter l'électrode de décharge à un premier potentiel, et un deuxième moyen de polarisation, apte à porter l'électrode de collecte à un deuxième potentiel ; le procédé étant tel que le premier potentiel est inférieur au deuxième potentiel.
De préférence, le premier potentiel est un potentiel de masse.
La présente invention concerne en outre un collecteur électrostatique comportant : - une chambre de collecte délimitée par une paroi tubulaire orientée selon un premier axe ; - une électrode de décharge, de forme allongée, s'étendant selon ledit premier axe ; et une électrode de collecte disposée à l'intérieur de la chambre de collecte, l'électrode de décharge présentant une extrémité en forme de pointe disposée en regard de l'électrode de collecte ; et - un premier moyen de polarisation, apte à porter l'électrode de décharge à un premier potentiel, et un deuxième moyen de polarisation, apte à porter l'électrode de collecte à un deuxième potentiel, le collecteur électrostatique étant caractérisé par le fait que le premier potentiel est inférieur au deuxième potentiel.
De préférence, le premier potentiel est un potentiel de masse.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description suivante et en référence aux dessins annexés, donnés à titre uniquement illustratif et nullement limitatifs.
La figure 1 est une vue en coupe représentant de façon schématique un exemple de réalisation d'un collecteur électrostatique.
La figure 2 est une vue en coupe représentant de façon schématique un exemple d'électrode de décharge.
La figure 3A est une vue en coupe représentant de façon schématique un exemple d'électrode de collecte. La figure 3B est une photographie correspondant à la figure 3A.
La figure 4 est une vue en coupe représentant de façon schématique une variante de l'électrode de collecte de la figure 3A.
La figure 5 est une vue en coupe représentant de façon schématique un autre exemple de réalisation d'un collecteur électrostatique.
La figure 6 est une vue en coupe représentant de façon schématique une variante de réalisation du collecteur électrostatique de la figure 5.
La figure 7 représente des résultats de mesure du rendement de collecte en fonction du diamètre des particules, pour différentes polarisations de l'électrode de décharge et de l'électrode de collecte.
Les figures 8A et 8B représentent des résultats de mesure du rendement de collecte en fonction du diamètre des particules dans le cas d'une décharge négative, respectivement lorsque l'électrode de décharge est reliée à la masse et lorsque l'électrode de collecte est reliée à la masse.
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
La figure 1 est une vue en coupe représentant de façon schématique un mode de réalisation d'un collecteur électrostatique.
Une paroi tubulaire 1, par exemple un cylindre de révolution, délimite une chambre de collecte 3. L'axe longitudinal de la paroi 1 est orienté selon l'axe z. La paroi 1 est de préférence en un matériau isolant électrique.
En fonctionnement, le collecteur électrostatique est destiné à être orienté de sorte que l'axe z corresponde à la direction verticale ou à une direction inclinée par rapport à la verticale. La paroi 1 comprend une extrémité amont et une extrémité aval délimitant respectivement une entrée 5 et une sortie 7 de la chambre de collecte. Les termes « amont », « aval » et « entrée », « sortie » sont considérés par rapport au sens de l'écoulement du gaz à traiter dans le collecteur électrostatique, symbolisé par des flèches 9. Le gaz à traiter s'écoule de l'amont vers l'aval, de l'entrée 5 vers la sortie 7 du collecteur électrostatique.
Le dispositif comporte une chambre d'admission (non représentée), pour l'admission du gaz à traiter, disposée en amont de la chambre de collecte 3. La chambre d'admission et la chambre de collecte sont préférentiellement coaxiales.
Une électrode de décharge 10, de forme allongée, comportant au moins un matériau conducteur électrique, est maintenue dans la chambre de collecte 3 par un support 13. D'une manière générale, l'électrode de décharge 10 est avantageusement formée d'un élément conducteur électrique creux, par exemple un capillaire métallique. L'électrode de décharge 10 est de préférence disposée selon l'axe z de la chambre de collecte.
Le support 13, par exemple un anneau, dont les deux extrémités 14, 16 sont fixées à la paroi 1, traverse transversalement la chambre de collecte. L'axe longitudinal du support 13 est orienté perpendiculairement à l'axe longitudinal selon lequel s'étend la paroi tubulaire 1 (axe z). Le support 13 est de préférence en un matériau isolant. Le support 13 comprend une ouverture traversante, par exemple cylindrique, dont l'axe longitudinal est parallèle à l'axe z, configurée pour recevoir l'électrode de décharge 10. L'axe longitudinal de l'électrode de décharge 10 est orienté selon l'axe z. L'électrode de décharge 10 est en contact avec un moyen de polarisation 17, comportant au moins une partie électriquement conductrice, qui permet de la relier électriquement à un générateur de tension 19.
Une électrode de collecte 20, de forme tubulaire, par exemple de forme cylindrique, comportant au moins un matériau conducteur électrique, est disposée à l'intérieur de la chambre de collecte 3, en contact avec la surface interne de la paroi 1. L'électrode de collecte 20 est disposée dans une ouverture formée dans la paroi 1 de la chambre de collecte. L'électrode de collecte 20 et la paroi 1 sont coaxiales. L'électrode de collecte 20 est destinée à former la surface de collecte des particules. De manière avantageuse, le diamètre interne de l'électrode de collecte 20 est sensiblement égal au diamètre interne de la paroi 1 pour réduire les discontinuités de diamètre de la chambre de collecte sur le trajet de l'écoulement du gaz. L'électrode de collecte 20 est en contact avec un moyen de polarisation 21, comportant au moins une partie électriquement conductrice, qui permet de la relier électriquement au générateur de tension 19.
Le support 13 est par exemple disposé dans la chambre de collecte de sorte que l'électrode de décharge 10 soit située en amont de l'électrode de collecte 20, comme cela est représenté en figure 1. Dans ce cas, l'extrémité 10-1 de l'électrode de décharge 10 la plus proche de l'électrode de collecte 20 correspond à son extrémité aval. L'extrémité 20-1 de l'électrode de collecte 20 la plus proche de l'électrode de décharge 10 correspond à son extrémité amont et l'extrémité 20-2 de l'électrode de collecte 20 la plus éloignée de l'électrode de décharge 10 correspond à son extrémité aval. L'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge 10, la plus proche de l'électrode de collecte 20, est en forme de pointe, ce qui permet la formation de décharges couronne entre l'électrode de décharge (qui présente le rayon de courbure le plus faible) et l'électrode de collecte (qui présente le rayon de courbure le plus élevé). L'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge 10 présente par exemple un rayon de courbure inférieur à environ 1 mm, d'où le terme « en forme de pointe ».
De préférence, la distance entre l'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge 10 et l'extrémité amont 20-1 de l'électrode de collecte 20 est supérieure ou égale au rayon interne de la chambre de collecte. Ceci permet de réduire le risque de formation d'un arc électrique entre l'électrode de décharge et l'électrode de collecte.
Avantageusement, la distance entre l'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge et l'extrémité amont 20-1 de l'électrode de collecte est inférieure à trois à quatre fois le rayon interne de la chambre de collecte. Ceci permet d'optimiser le rendement de collecte.
Pour une chambre de collecte de diamètre interne de l'ordre de 10 mm, la distance entre l'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge 10 et l'extrémité amont 20-1 de l'électrode de collecte 20 est par exemple comprise entre environ 5 mm et environ 20 mm, par exemple de l'ordre de 7 mm.
Avantageusement, le diamètre interne de la chambre de collecte est inférieur à environ 30 mm.
Electrode de décharge
Avantageusement, l'électrode de décharge 10 présente un élargissement en amont de son extrémité aval 10-1. L'électrode de décharge 10 s'élargit d'un premier diamètre jusqu'à un second diamètre correspondant par exemple à environ 2 à 6 fois le premier diamètre. Cet élargissement est brusque, c'est-à-dire qu'il s'étend sur une distance inférieure au second diamètre.
Ainsi, l'électrode de décharge 10 comprend : - une extrémité aval 10-1 en forme de pointe, disposée en regard de l'électrode de collecte 20 ; - une première partie présentant un premier diamètre, dite partie fine, débouchant sur ladite extrémité aval 10-1 ; - une deuxième partie présentant un second diamètre, adjacente à la première partie, le second diamètre étant supérieur ou égal à deux fois le premier diamètre, le second diamètre étant de préférence compris entre 2 et 6 fois le premier diamètre ; et - un élargissement 11 s'étendant entre la première partie et la deuxième partie, sur une distance inférieure au second diamètre.
Un avantage d'une telle électrode de décharge est lié au fait qu'elle permet d'obtenir un dépôt plus axisymétrique des particules sur l'électrode de collecte, par rapport à une électrode de décharge de diamètre constant sur toute sa longueur. Une telle électrode de décharge permet d'éviter des accumulations inhomogènes de particules collectées au niveau de l'électrode de collecte, de telles accumulations pouvant dégrader le fonctionnement du dispositif en réduisant notamment le rendement de collecte. Par ailleurs, il a été observé que l'utilisation d'une telle électrode de décharge permet de réduire les variations d'amplitude des décharges couronne. Il en résulte une réduction des variations du rendement de collecte du collecteur électrostatique au fur et à mesure de son utilisation. A titre d'exemple de dimensions, le premier diamètre peut être compris entre 0,5 et 2 mm, de préférence entre 0,5 et 1 mm. L'électrode de décharge 10 s'élargit par exemple à une distance supérieure ou égale à 1 mm de son extrémité aval 10-1, par exemple à une distance de l'ordre de 5 mm de son extrémité aval 10-1. L'élargissement de l'électrode de décharge 10 peut être formé par un anneau conducteur entourant la partie fine de l'électrode de décharge sur une partie de sa longueur. L'extrémité aval au moins de la partie fine de l'électrode de décharge dépasse de l'anneau. Ainsi, l'électrode de décharge 10 comporte un anneau cylindrique disposé à une distance de l'ordre de 1 à 10 mm de l'extrémité aval 10-1, cet anneau s'étendant selon le même axe que l'électrode de décharge. De préférence, le diamètre interne de l'anneau correspond au premier diamètre, et son diamètre externe correspond au second diamètre. Ainsi, l'anneau est inséré au contact de la partie fine de l'électrode de décharge. La distance sur laquelle s'étend cet anneau varie entre quelques mm et quelques cm. A titre d'exemple de dimensions, l'anneau peut présenter un diamètre externe compris entre 1 mm et 5 mm et un diamètre interne qui permette le passage et le maintien de la partie fine de l'électrode de décharge 10. La partie fine de l'électrode de décharge 10 peut dépasser de l'anneau sur une distance comprise entre 1 mm et 10 mm en aval de l'anneau.
La partie de l'électrode de décharge comprise entre l'élargissement 11 et l'extrémité aval 10-1 correspond à la partie fine de l'électrode. Son diamètre est inférieur à environ 2 mm, de préférence inférieur à environ 1 mm. La partie fine de l'électrode de décharge 10 est par exemple formée d'un élément conducteur électrique creux, par exemple un capillaire métallique. Le capillaire métallique présente par exemple un diamètre externe de l'ordre de 0,5 mm et un diamètre interne de l'ordre de 0,25 mm. Selon une alternative, la partie fine de l'électrode de décharge 10 est formée d'un élément conducteur électrique plein.
La figure 2 est une vue en coupe représentant de façon schématique un exemple d'une telle électrode de décharge pouvant être utilisée dans un collecteur électrostatique du type de celui illustré en figure 1. Cette électrode de décharge est formée d'un capillaire métallique 10a entouré sur une partie de sa longueur par un anneau métallique 10b. Le capillaire 10a et l'anneau 10b sont par exemple reliés entre eux par une soudure. L'extrémité 10c de l'anneau 10b, par laquelle sort et dépasse l'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge 10, destinée à être la plus proche de l'électrode de collecte, est arrondie. Ceci permet d'éviter tout effet de pointe. Cet arrondi peut être formé par une soudure. A titre d'exemple, l'électrode de décharge 10 est formée d'un capillaire métallique 10a de diamètre externe de l'ordre de 0,5 mm et de diamètre interne de l'ordre de 0,25 mm, entouré sur une partie de sa longueur par un anneau métallique 10b de diamètre externe de l'ordre de 2 mm et de diamètre interne de l'ordre de 0,5 mm. Le capillaire 10a débouche de l'anneau 10b par exemple à environ 5 mm de l'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge 10.
Selon une alternative, l'électrode de décharge 10 peut être formée d'une seule pièce, usinée de façon à présenter une extrémité fine, c'est-à-dire de diamètre inférieur à environ 2 mm, de préférence inférieur à environ 1 mm, et un élargissement tel que précédemment décrit. A titre d'exemple de matériaux, la partie fine 10a de l'électrode de décharge est de préférence en un matériau métallique, par exemple en acier ou en acier inoxydable ou en cuivre ou en argent. L'anneau conducteur 10b est de préférence en un matériau métallique, par exemple en acier ou en acier inoxydable ou en cuivre ou en argent.
Electrode de collecte L'électrode de collecte 20 ne présente de préférence aucune protubérance ou aucune aspérité ou aucun angle vif en regard de l'électrode de décharge. L'électrode de collecte 20 présente une surface lisse au toucher, c'est-à-dire que la surface de l'électrode de collecte présente un paramètre de rugosité Ra inférieur à environ 0,7 pm, de préférence inférieur à environ 0,4 pm. De préférence, l'électrode de collecte 20 présente une surface parfaitement polie, c'est-à-dire que la surface de l'électrode de collecte présente un paramètre de rugosité Ra inférieur à environ 0,2 pm.
De préférence, l'électrode de collecte 20 est en un matériau métallique, par exemple en aluminium. Selon une alternative, l'électrode de collecte 20 est en un matériau conducteur autre qu'un matériau métallique, par exemple en acier inoxydable ou en au moins un polymère conducteur.
La figure 3A est une vue en coupe représentant de façon schématique un exemple d'électrode de collecte pouvant être utilisée dans un collecteur électrostatique du type de celui illustré en figure 1. La figure 3B est une photographie correspondant à la figure 3A. L'électrode de collecte 20 comporte une portion principale 20b de forme cylindrique. On désigne par la référence 20-3 la paroi interne de l'électrode de collecte 20, destinée à former la surface de collecte des particules, et par la référence 20-4 la paroi externe de l'électrode de collecte 20. Dans cet exemple, la paroi externe 20-4 et la paroi interne 20-3 de l'électrode de collecte 20 sont cylindriques. L'extrémité amont 20-1 de l'électrode de collecte 20, destinée à être la plus proche de l'électrode de décharge 10, présente un rebord interne arrondi 20a. Ainsi, lorsqu'elle est positionnée dans la paroi 1 de la chambre de collecte, l'électrode de collecte 20 ne présente pas d'angle vif en regard de l'électrode de décharge 10. Ceci permet de réduire le risque de générer des arcs électriques entre l'électrode de décharge 10 et l'électrode de collecte 20. L'extrémité aval 20-2 de l'électrode de collecte 20, destinée à être la plus éloignée de l'électrode de décharge 10, comporte un rebord externe 20c en forme de collerette.
La figure 4 est une vue en coupe représentant de façon schématique une variante de l'électrode de collecte de la figure 3A. Les éléments communs avec ceux de la figure 3A sont désignés par les mêmes références.
Selon cette variante, le diamètre interne de l'électrode de collecte n'est pas constant. La paroi interne 20-3 de l'électrode de collecte 20 s'élargit de l'extrémité amont 20-1 vers l'extrémité aval 20-2, et la paroi externe 20-4 est cylindrique. La paroi interne 20-3 de l'électrode de collecte 20 correspond par exemple à une portion de cône. L'angle d'inclinaison θ de la paroi interne 20-3 par rapport à l'axe de révolution de l'électrode de collecte 20 est par exemple compris entre environ 1 ° et environ 10 °.
La figure 5 est une vue en coupe représentant de façon schématique un autre mode de réalisation d'un collecteur électrostatique. Les éléments communs avec ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références et ne sont pas décrits à nouveau ci-après.
Dans ce mode de réalisation, l'électrode de collecte 20 est amovible, apte à être insérée dans le collecteur électrostatique et à en être retirée de façon manuelle. Elle peut ensuite être insérée dans un dispositif d'analyse et/ou dans un dispositif de nettoyage extérieur au collecteur électrostatique.
Une ouverture 42, formée dans la paroi 1 de la chambre de collecte, est configurée pour recevoir l'électrode de collecte 20 et un moyen de rappel 40, par exemple un ressort, positionné dans l'ouverture 42 entre l'électrode de collecte 20 et la paroi 1. Le diamètre interne de l'électrode de collecte 20 correspond sensiblement au diamètre interne de la paroi 1. L'ouverture 42 est réalisée de façon qu'aucune partie du moyen de rappel 40 ne soit plus près de l'électrode de décharge 10 que l'électrode de collecte 20. L'extrémité aval 20-2 de l'électrode de collecte amovible 20 comporte une collerette 20c formant une surface d'appui pour le moyen de rappel 40. Une pièce de blocage 44 est destinée à être positionnée contre la collerette 20c afin de la bloquer en appui contre le moyen de rappel 40.
Le moyen de rappel 40 est de préférence en un matériau conducteur électrique, par exemple en acier inoxydable. Dans ce cas, le moyen de rappel 40 est destiné à être relié électriquement au moyen de polarisation 21 afin de polariser l'électrode de collecte 20.
Pour insérer et maintenir l'électrode de collecte 20 dans le collecteur électrostatique, la pièce de blocage 44 est positionnée contre la collerette 20c de l'électrode de collecte 20. La pièce de blocage 44 bloque la collerette 20c en appui contre le moyen de rappel 40, ce qui comprime ce dernier. Le moyen de rappel 40 s'appuie à la fois sur la paroi 1 de la chambre de collecte et sur l'électrode de collecte 20.
Pour extraire l'électrode de collecte 20 du collecteur électrostatique, la pièce de blocage 44 est retirée. Le moyen de rappel 40 pousse alors l'électrode de collecte 20 hors de l'ouverture 42, ce qui facilite le retrait de l'électrode de collecte du collecteur électrostatique.
Un avantage d'un collecteur électrostatique du type de celui décrit en relation avec la figure 5 est lié au fait qu'il permet de faciliter le retrait de l'électrode de collecte du collecteur électrostatique, par exemple en vue de l'analyse des particules collectées et/ou du nettoyage de l'électrode de collecte.
La figure 6 est une vue en coupe représentant de façon schématique une variante de réalisation du collecteur électrostatique de la figure 5. Les éléments communs avec ceux de la figure 5 sont désignés par les mêmes références et ne sont pas décrits à nouveau ci-après.
Dans cette variante, la chambre de collecte 3 présente un diamètre interne plus élevé en amont de l'électrode de collecte 20 qu'à l'emplacement de l'électrode de collecte. Il en résulte une diminution de la perte de charge du dispositif.
Le facteur de réduction du diamètre de la chambre de collecte 3 de l'amont vers l'aval est par exemple de l'ordre de 30 à 50 %. La restriction de diamètre est de préférence formée à proximité de l'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge 10, en amont de l'extrémité aval 10-1, par exemple à une distance correspondant sensiblement au diamètre interne de l'électrode de collecte.
Entre l'extrémité aval 10-1 de l'électrode de décharge 10 et l'électrode de collecte 20, la paroi 1 de la chambre de collecte présente un diamètre interne sensiblement égal au diamètre interne de l'électrode de collecte 20.
Une électrode de décharge du type de celle illustrée en figure 2 pourra bien entendu être utilisée dans un collecteur électrostatique du type de celui illustré en figures 5 et 6. En outre, une électrode de collecte du type de celle illustrée en figure 4 pourra être utilisée dans un collecteur électrostatique du type de celui illustré en figures 5 et 6.
Dans un collecteur électrostatique du type de celui décrit en relation avec les figures 1, 5 et 6 en fonctionnement, le générateur de tension est apte à imposer une différence de potentiel électrique entre l'électrode de collecte et l'électrode de décharge comprise entre environ 1 kV et environ 15 kV, de préférence entre environ 6 kV et environ 10 kV.
Avantageusement, l'électrode de décharge et l'électrode de collecte sont polarisées de sorte que le potentiel électrique de l'électrode de décharge soit inférieur au potentiel électrique de l'électrode de collecte. On dit alors que la décharge électrique est négative.
Avantageusement, l'électrode de décharge 10 est reliée à la masse et le potentiel de l'électrode de collecte 20 est positif.
Les inventeurs ont réalisé des mesures de rendement de collecte en fonction du diamètre des particules. Ces mesures leur ont permis de constater que, quel que soit le diamètre des particules considérées, le rendement de collecte est optimisé pour une décharge négative et pour une électrode de décharge reliée à la masse.
Pour réaliser ces mesures, les inventeurs ont fait transiter de l'air ambiant contenant des poussières naturelles dans la chambre de collecte 3. A la sortie de la chambre de collecte, l'air traité a été prélevé à partir d'une dérivation disposée en aval de l'électrode de collecte 20. Un compteur optique de particules de type Dust Monitor vl.109 de Grimm a ensuite été utilisé pour analyser l'air prélevé. Ceci qui a permis de déterminer la concentration des particules dans l'air prélevé en fonction de leur diamètre et d'en déduire le rendement de collecte en fonction du diamètre des particules.
Les mesures ont été réalisées avec une chambre de collecte de diamètre interne de l'ordre de 10 mm, et pour une distance d'environ 6 mm entre l'électrode de décharge 10 et l'électrode de collecte 20.
La figure 7 représente des résultats de mesure du rendement de collecte en fonction du diamètre des particules, pour différentes polarisations de l'électrode de décharge et de l'électrode de collecte et pour un débit d'air de 5 litres par minute.
Les courbes 61 et 62 correspondent à une décharge positive, le potentiel de l'électrode de décharge étant respectivement de 9 kV et de 9,9 kV, l'électrode de collecte étant reliée à la masse. Les courbes 63 et 64 correspondent à une décharge négative, le potentiel de l'électrode de collecte étant respectivement de 9 kV et de 9,9 kV, l'électrode de décharge étant reliée à la masse.
Ces résultats montrent que, pour l'ensemble des tailles de particules considérées, le rendement de collecte est optimisé lorsque la décharge est négative.
Les figures 8A et 8B représentent des résultats de mesure du rendement de collecte en fonction du diamètre des particules dans le cas d'une décharge négative, respectivement lorsque l'électrode de décharge est reliée à la masse et lorsque l'électrode de collecte est reliée à la masse. Les mesures ont été réalisées pour une décharge négative de 9,9 kV.
Les courbes 71 et 81 correspondent respectivement au cas où l'électrode de décharge est reliée à la masse et au cas où l'électrode de collecte est reliée à la masse. Les courbes 73 et 83 correspondent respectivement au cas où l'électrode de décharge est reliée à la terre et au cas où l'électrode de collecte est reliée à la terre (cas où la masse est reliée à la terre).
Ces résultats montrent que, pour l'ensemble des tailles de particules considérées, dans le cas d'une décharge négative, le rendement de collecte est optimisé lorsque l'électrode de décharge est reliée à la masse. Les inventeurs ont constaté que ces résultats s'appliquent même si l'électrode de décharge ne comporte pas d'élargissement brusque tel que précédemment décrit, notamment lorsque le diamètre de la chambre de collecte est inférieur à 50 mm, et de préférence inférieur à 30 mm, dès lors que l'électrode de décharge s'étend selon l'axe longitudinal de la chambre de collecte.

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS
    1. Collecteur électrostatique comprenant : une chambre de collecte (3) délimitée par une paroi tubulaire (1) en un matériau isolant électrique et orientée selon un premier axe (z) ; une électrode de décharge (10), de forme allongée, s'étendant selon ledit premier axe (z) ; une électrode de collecte (20) destinée à être disposée à l'intérieur de la chambre de collecte dans une ouverture (42) formée dans la paroi (1), caractérisé en ce que l'électrode de décharge (10) comporte : - une extrémité (10-1), en forme de pointe, ladite extrémité étant disposée en regard de l'électrode de collecte (20) ; - une première partie, fine, (10a) d'un premier diamètre, débouchant sur ladite extrémité en forme de pointe, - une deuxième partie (10b), d'un second diamètre, le second diamètre étant supérieur ou égal à deux fois le premier diamètre, le second diamètre étant de préférence compris entre 2 et 6 fois le premier diamètre ; et - un élargissement brusque (11), s'étendant entre la première partie (10a) et la deuxième partie (10b).
  2. 2. Collecteur électrostatique selon la revendication 1, dans lequel l'élargissement brusque (11) s'étend sur une distance inférieure au second diamètre. 3. Collecteur électrostatique selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre : un premier moyen de polarisation, apte à porter l'électrode de décharge (10) à un premier potentiel ; et un deuxième moyen de polarisation, apte à porter l'électrode de collecte (20) à un deuxième potentiel, le premier potentiel étant inférieur au deuxième potentiel, le premier potentiel étant préférentiellement un potentiel de masse.
  3. 4. Collecteur électrostatique selon Tune des revendications 1 à 3, dans lequel le premier diamètre est compris entre 0,5 mm et 2 mm. 5. Collecteur électrostatique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'élargissement de l'électrode de décharge (10) est formé par un anneau conducteur (10b) entourant la première partie fine (10a) de l'électrode de décharge sur une partie de sa longueur, au moins ladite extrémité (10-1) en forme de pointe dépassant de l'anneau. 6. Collecteur électrostatique selon la revendication 5, dans lequel l'extrémité (10c) de l'anneau (10b) la plus proche de ladite extrémité (10-1) en forme de pointe est arrondie. 7. Collecteur électrostatique selon la revendication 5 ou 6, dans lequel ladite extrémité (10-1) en forme de pointe est située à une distance comprise entre 2 mm et 10 mm de l'anneau (10b). 8. Collecteur électrostatique selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel l'anneau (10b) présente un diamètre externe compris entre 1 mm et 5 mm et un diamètre interne qui permette le passage et le maintien de la première partie fine (10a) de l'électrode de décharge (10), 9. Collecteur électrostatique selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'électrode de décharge (10) est un élément conducteur électrique creux, par exemple un capillaire métallique. 10. Collecteur électrostatique selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre un moyen de rappel (40), dans lequel l'électrode de collecte (20) est de forme tubulaire et est destinée à être disposée dans une ouverture (42) formée dans la paroi (1), l'électrode de collecte présentant une première extrémité (20-1) et une seconde extrémité (20-2), la première extrémité (20-1) étant destinée à être la plus proche de ladite extrémité (10-1) en forme de pointe de l'électrode de décharge (10) ; et dans lequel le moyen de rappel (40) est destiné à être disposé dans ladite ouverture entre l'électrode de collecte (20) et la paroi (1).
  4. 11. Collecteur électrostatique selon la revendication 10, dans lequel le moyen de rappel (40) est un ressort. 12. Collecteur électrostatique selon la revendication 10 ou 11, comprenant en outre une pièce de blocage (44) destinée à appuyer sur la seconde extrémité (20-2) de l'électrode de collecte (20) et à comprimer le moyen de rappel (40). 13. Collecteur électrostatique selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel la seconde extrémité (20-2) de l'électrode de collecte (20) comporte une collerette (20c). 14. Collecteur électrostatique selon l’une des revendications 10 à 13, dans lequel la première extrémité (20-1) de l'électrode de collecte (20) présente un rebord interne arrondi (20a). 15. Collecteur électrostatique selon l’une des revendications 10 à 14, dans lequel la paroi interne (20-3) de l'électrode de collecte (20) est une portion de cône.
  5. 16. Collecteur électrostatique selon l'une des revendications 10 à 15, dans lequel la chambre de collecte (3) présente un diamètre interne plus élevé en amont de l'électrode de collecte (20) qu'à l'emplacement de l'électrode de collecte.
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