FR3110433A1 - Dispositif de filtration électronique de particules - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un étage collecteur (10) d’un dispositif de filtration électronique (30) dans lequel les armatures de potentiel (11) et/ou les armatures collectrice (12) sont recouvertes au moins partiellement d’un isolant électrique (13) au niveau de l’entrefer afin de limiter l’apparition d’effets de pointes durant le fonctionnement du dispositif de filtration électronique (30). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3
Description
Le contexte technique de la présente invention est celui des dispositifs de purification de l’air, et notamment du filtrage de particules. Plus particulièrement, l’invention a trait à un étage collecteur d’un dispositif de filtration électronique de particules, ainsi qu’un tel dispositif de filtration électronique de particules. Ces technologies sont aussi connues sous le nom de précipitation électrostatique et d’électrofiltration.
La filtration de l'air est une technologie très usitée dans la conception de bâtiments. D’une part, dans les bâtiments à usage domestique, on utilise de plus en plus des systèmes de ventilation à double flux qui intègrent des filtres mécaniques afin de retenir une partie des particules en suspension présentes dans l’air. D’autre part, dans les bâtiments tertiaires et industriels notamment, on connait l’utilisation de centrales de traitement de l'air comportant un ou plusieurs caissons de filtration formés de filtres mécaniques.
Par ailleurs, en France, la réglementation en vigueur empêche la filtration conventionnelle mécanique de l'air entrant dans les bâtiments par des systèmes de ventilation dits "simple flux".
L’utilisation de tels filtres mécaniques est loin d’être optimale et présente notamment les inconvénients suivants :
– une consommation d'énergie importante, liée aux pertes de charge aérauliques du filtre ;
– des coûts de maintenance élevés, en particulier pour les filtres de haute efficacité sur les particules les fines ;
– un entretien complexe nécessitant une mise en arrêt partiel de la centrale de filtration ou une réduction du débit de ventilation durant l’intervention ;
– un risque de relargage de bio-contaminants (bactéries, virus), ou de prolifération des germes dans les conduits de ventilation.
Afin de contourner ces inconvénients, on connait l’utilisation de filtres électroniques qui permettent de réduire la consommation électrique des filtres du fait de leur très faibles pertes de charges aérauliques, relativement aux filtres mécaniques. En outre, les filtres électroniques présentent une maintenance moins onéreuse car sans consommables, et évitent le risque de contamination biologique des conduits de ventilation.
Le principe de fonctionnement des filtres électroniques connus est représenté sur la . Il est constitué de deux étapes successives prises selon le sens de l’écoulement de l’air dans le filtre électronique :
- une étape amont d’ionisation intensive de l’air, afin de charger électrostatiquement les contaminants particulaires ;
- une étape avale de collecte des particules chargées dans un système d’armatures parallèles et en vis-à-vis deux à deux. Chaque armature est portée à des potentiels électriques différents afin de générer un champ électrique entre elles.
Un premier inconvénient connu des filtres électroniques réside dans l’émission de polluants secondaires, et en particulier d’ozone, qui sont nocifs pour la santé et pour les conduits de ventilation. Ces polluants secondaires sont émis lors de décharges électrostatiques qui peuvent se produire entre les armatures des filtres électronique et du fait des très hautes valeurs de champs électriques générés entre elles. En effet, lorsque se produisent ces décharges électrostatiques entre les deux armatures, par effet Corona, aussi appelé effet de pointe, un plasma froid est créé et relargue de l’ozone.
Un deuxième inconvénient connu de ces filtres électroniques réside dans les nuisances sonores produites par des décharges électrostatiques transitoires entre les armatures, déclenchés par exemple par la présence de poussières ou par l’humidité de l’air traversant les filtres électroniques.
Un troisième inconvénient connu de ces filtres électroniques réside dans leur encombrement, les distances d’isolation électrique entre éléments n’étant pas appropriées à des dispositifs compacts.
La présente invention a pour objet de proposer un nouvel étage collecteur d’un dispositif de filtration électronique de particules afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.
Un autre but de l’invention est de limiter l’émission de polluants durant le fonctionnement d’un tel étage collecteur.
Un autre but de l’invention est de réduire les nuisances sonores d’un tel étage collecteur.
Un autre but de l’invention est d’améliorer la sécurité électrique d’un tel étage collecteur en évitant tout risque de décharge électrostatique sur un individu le touchant.
Un autre but de l’invention est de permettre une mise en forme compact, dans des sections de passage d’air de l’ordre de 10 cm de côté ou inférieur, en réduisant les distances d’isolation usuellement utilisées dans les électrofiltres.
Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un étage collecteur d’un dispositif de filtration électronique de particules, l’étage collecteur comportant au moins un ensemble de collection comprenant (i) une armature de potentiel et (ii) une armature collectrice située en regard de l’armature de potentiel, chaque ensemble de collection présentant une différence de potentiel électrique non nulle entre l’armature de potentiel et l’armature collectrice. Dans l’étage collecteur selon l’invention, un cœur central situé en regard de l’armature collectrice est recouvert d’un isolant électrique.
Le dispositif de filtration électronique est configuré pour permettre de filtrer des particules contenues dans un courant d’air. D’une manière générale, l’étage collecteur permet – lorsqu’il est mis en œuvre dans un tel dispositif de filtration électronique – de générer un fort champ électrique entre les armatures de l’étage collecteur, résultant de la différence de potentiel électrique entre elles. En présence d’un tel champ électrique, les particules – préalablement chargées par un étage d’ionisation du dispositif de filtration électronique – qui s’engouffrent entre les armatures de l’étage collecteur sont déviées en direction de l’armature collectrice.
Selon une première variante de réalisation, l’armature de potentiel est portée à un potentiel électrique supérieur à celui de l’armature collectrice. Préférentiellement, l’armature de potentiel est portée à un potentiel électrique positif tandis que l’armature de potentiel est reliée à une masse électrique, et présente un potentiel électrique inférieur à celui de l’armature de potentiel, voire nul. Selon une deuxième variante de réalisation, l’armature de potentiel est portée à un potentiel électrique inférieur à celui de l’armature collectrice. Préférentiellement, l’armature de potentiel est portée à un potentiel électrique négatif tandis que l’armature de potentiel est reliée à une masse électrique, et présente un potentiel électrique supérieur à celui de l’armature de potentiel, voire nul.
D’une manière non limitative, les armatures collectrices et les armatures de potentiel de l’étage collecteur sont avantageusement planes, éventuellement courbes. Préférentiellement, elles sont toutes parallèles entre elles.
Le cœur de l’armature de potentiel est la partie de la plaque potentiel qui est situé en face de l’armature collectrice, le cœur étant formé par au moins une surface de recouvrement des plaques de potentiel et de collecte. Dans l’invention conforme à son premier aspect, au moins une partie du cœur de l’armature de potentiel est recouverte d’un isolant électrique situé sur une face de l’armature de potentiel située en regard de l’armature collectrice. Le cœur de l’armature de potentiel peut être directement électriquement conducteur ou formé d’une ou plusieurs couches alternativement électriquement conductrices et isolantes.
Par isolant électrique, on entend un matériau dont la rigidité diélectrique est supérieure à 5 kV/mm. A contrario, un matériau est considéré comme étant électriquement conducteur lorsqu’il autorise la circulation d’électrons produisant un courant électrique de très faible intensité, de l’ordre du nano-Ampère, sans nécessiter une tension électrique élevée, c’est-à-dire inférieure à quelques dizaines de Volts. En d’autres termes, un matériau est électriquement conducteur lorsque sa résistivité électrique est inférieure à 105Ohms.mètre.
L’étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention permet de limiter l’apparition d’arc électrique entre l’armature de potentiel et l’armature collectrice, notamment en présence d’un air chargé d’humidité entre lesdites armatures. En outre, de manière astucieuse et inattendue, cette configuration ne nuit pas à l’efficacité de filtration de l’étage collecteur, l’efficacité de filtration étant prise comme le taux de capture de particules traversant l’étage collecteur par rapport au nombre de particules entrant dans ledit étage collecteur.
L’étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention comprend avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
- pour chaque ensemble de collection, l’armature de potentiel et l’armature collectrice prennent chacune la forme d’une plaque comportant un feuillage électriquement conducteur. Selon une première variante de réalisation, la plaque formant l’armature de potentiel et/ou l’armature collectrice peut être formée d’un empilement de feuillages alternativement électriquement conducteur et électriquement isolant. Dans cette première variante de réalisation, le matériau électriquement conducteur est majoritairement recouvert d’un matériau électriquement isolant, de sorte que le matériau électriquement conducteur ne soit pas directement au contact de l’aire et/ou en regard direct avec l’armature opposée de l’ensemble de collection. A titre d’exemple non limitatif, l’armature de potentiel et/ou l’armature collectrice de chaque ensemble de collection sont chacune formées d’une plaque de circuit imprimé. Selon une deuxième variante de réalisation, la plaque formant l’armature de potentiel et/ou l’armature collectrice peut être formée d’un matériau électriquement conducteur, tel que par exemple du cuivre ou n’importe quel type d’alliage métallique. Dans cette deuxième variante de réalisation, le matériau électriquement conducteur est majoritairement en contact direct avec l’air et/ou en regard direct avec l’armature opposée de l’ensemble de collection ;
- l’armature de potentiel et/ou l’armature collectrice forment une surface pleine ou ajourée ;
- le cœur de l’armature de potentiel de chaque ensemble de collection est recouvert de l’isolant électrique sur une face opposée à l’armature collectrice dudit ensemble de collection. Cette configuration avantageuse permet d’améliorer le fonctionnement de l’étage collecteur et d’améliorer l’isolation électrique de l’armature de potentiel. En particulier, dans le cas où l’étage collecteur comporte plusieurs ensembles de collection, l’isolation électrique du cœur de l’armature de potentiel sur ses deux faces opposées permet de disposer l’isolant électrique en regard de chaque entrefer formé par deux armatures en regard de l’étage collecteur ;
- l’armature de potentiel de chaque ensemble de collection comporte une marge périphérique au cœur, la marge périphérique étant recouverte de l’isolant électrique sur une face en regard de l’armature collectrice dudit ensemble de collection et/ou sur une face opposée à l’armature collectrice dudit ensemble de collection. La marge périphérique s’étend sur tout ou partie du cœur. A titre d’exemple non limitatif, la marge périphérique forme un trottoir qui s’étend en périphérie de tout ou partie du cœur de l’armature de potentiel. Cette configuration avantageuse permet de limiter l’apparition d’effets de pointe au niveau des marges périphériques des armatures de potentiel de l’étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention ;
- une tranche de l’armature de potentiel de chaque ensemble de collection est recouverte de l’isolant électrique. Cette configuration avantageuse permet de limiter l’apparition d’effets de pointe entre deux armatures en regard l’une de l’autre de l’étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention ;
- de manière analogue au cœur de l’armature de potentiel, une zone centrale de l’armature collectrice située en regard de l’armature de potentiel est recouverte d’un isolant électrique. En combinaison avec l’isolant électrique sur le cœur de l’armature de potentiel, cette configuration permet avantageusement d’améliorer l’efficacité de l’étage de collecteur et de limiter voire empêcher les effets de claquage durant son fonctionnement. A minima, la zone de cœur de l’armature collectrice est recouverte de l’isolant électrique sur une face de l’armature collectrice située en regard de l’armature de potentiel ;
- la zone centrale de l’armature collectrice de chaque ensemble de collection est recouverte de l’isolant électrique sur une face opposée à l’armature de potentiel dudit ensemble de collection. Cette configuration avantageuse permet d’améliorer le fonctionnement de l’étage collecteur et d’améliorer l’isolation électrique de l’armature collectrice. En particulier, dans le cas où l’étage collecteur comporte plusieurs ensembles de collection, l’isolation électrique de la zone centrale de l’armature collectrice sur ses deux faces opposées permet de disposer l’isolant électrique en regard de chaque entrefer formé par deux armatures en regard de l’étage collecteur ;
- l’armature collectrice de chaque ensemble de collection comporte une zone périphérique à la zone centrale, la zone périphérique étant recouverte de l’isolant électrique sur une face en regard de l’armature de potentiel dudit ensemble de collection et/ou sur une face opposée à l’armature de potentiel dudit ensemble de collection. La zone périphérique s’étend sur tout ou partie de la zone centrale de l’armature collectrice. A titre d’exemple non limitatif, la zone périphérique forme un trottoir qui s’étend en périphérie de tout ou partie de la zone centrale de l’armature collectrice. Cette configuration avantageuse permet de limiter l’apparition d’effets de pointe au niveau des zones périphériques des armatures collectrices de l’étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention ;
- un chant de l’armature collectrice de chaque ensemble de collection est recouvert de l’isolant électrique. Cette configuration avantageuse permet de limiter l’apparition d’effets de pointe entre deux armatures en regard l’une de l’autre de l’étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention ;
- l’isolant électrique comporte (i) un premier isolant électrique formé par l’isolant électrique, le premier isolant électrique étant en contact avec l’armature de potentiel et/ou l’armature collectrice de chaque ensemble de collection, et (ii) un deuxième isolant électrique superposé au premier isolant électrique. Cette superposition partielle des deux isolants électriques permet de renforcer l’isolation électrique des armatures de l’étage collecteur. En particulier, cette configuration avantageuse permet de mieux définir les zones des armatures à isoler et de limiter les effets de claquage durant le fonctionnement de l’étage collecteur. Consécutivement, cette configuration permet de limiter l'isolation des zones centrales des armatures collectrices et/ou des cœurs des armatures de potentiel, et d’éviter ainsi de trop réduire les performances de filtration de l’étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention ;
- en particulier, pour chaque ensemble de collection, le deuxième isolant électrique recouvre la marge périphérique de l’armature de potentiel et/ou la zone périphérique de l’armature collectrice. En d’autres termes, l’isolation électrique de la marge périphérique de l’armature de potentiel est renforcée par rapport à l’isolation électrique du cœur de ladite armature et/ou l’isolation électrique de la zone périphérique de l’armature collectrice est renforcée par rapport à l’isolation électrique de la zone centrale de ladite armature. Eventuellement, une épaisseur de l’isolant électrique est supérieure au niveau de la marge périphérique de l’armature de potentiel, relativement à l’épaisseur de l’isolant électrique pris au niveau du cœur de ladite armature et/ou l’épaisseur de l’isolant électrique est supérieure au niveau de la zone périphérique de l’armature collectrice, relativement à l’épaisseur de l’isolant électrique pris au niveau de la zone centrale de ladite armature ;
- pour chaque ensemble de collection, le deuxième isolant électrique recouvre une partie du cœur de l’armature de potentiel située à proximité de la marge périphérique et/ou le deuxième isolant électrique recouvre une partie de la zone centrale de l’armature collectrice située à proximité de la zone périphérique. En d’autres termes, le deuxième isolant électrique recouvre partiellement une partie du cœur proximale de la marge périphérique de l’armature de potentiel, et/ou le deuxième isolant électrique recouvre partiellement une partie de la zone centrale proximale de la zone périphérique de l’armature collectrice ;
- selon une coupe transversale de l’armature de potentiel et/ou de l’armature collectrice, une longueur de recouvrement du deuxième isolant sur la partie du cœur et/ou sur la partie de la zone centrale est comprise entre 0.5 mm et 5 mm. Préférentiellement, la longueur de recouvrement est égale à 3 mm. La longueur de recouvrement est prise selon une direction perpendiculaire à la tranche de l’armature de potentiel et/ou au chant de l’armature collectrice, à partir d’un bord extérieur du cœur de l’armature de potentiel et/ou de la zone centrale de l’armature collectrice, et en direction dudit cœur et/ou de ladite zone centrale ;
- une épaisseur du premier et du deuxième isolant électrique est comprise entre 100 nm et 500 µm ;
- le premier isolant électrique est identique au deuxième isolant électrique, ou le premier isolant électrique est différent du deuxième isolant électrique ;
- le premier isolant électrique et le deuxième isolant électrique sont choisis parmi des vernis d’isolation électrique, des films thermoplastiques, des enrobages plastiques et des surmoulages plastiques. Eventuellement encore, le premier isolant électrique et le deuxième isolant électrique peuvent prendre la forme d’une anodisation réalisée en surface de l’armature de potentiel et/ou de l’armature collectrice. Cette configuration est particulièrement avantageuse dans le cas où l’armature de potentiel et/ou l’armature collectrice est formée d’une plaque d’aluminium, car ils confèrent aux armatures ainsi traitées un effet biocide recherché pour de tels étages collecteurs de dispositifs de filtration électronique. De manière avantageuse, le premier isolant électrique est un vernis épargne, et le deuxième isolant électrique est un vernis de tropicalisation ;
- dans le cas où l’étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention comporte plusieurs ensembles de collection, l’armature de potentiel d’un premier ensemble de collection est située (i) au niveau d’un premier côté, en regard d’une armature collectrice du premier ensemble de collection, et (ii) au niveau d’un deuxième côté opposé au premier côté, en regard d’une armature collectrice d’un deuxième ensemble de collection. En d’autres termes, les armatures de potentiel et les armatures collectrices sont toutes situées en alternances les unes des autres, chaque armature collectrice étant adjacente à une armature de potentiel et réciproquement ;
- une dimension de la marge périphérique de l’armature de potentiel, prise entre un bord extérieur du cœur de ladite armature de potentiel et un bord libre de ladite marge périphérique, et/ou une dimension de la zone périphérique de l’armature collectrice, prise entre un bord extérieur de la zone centrale de ladite armature collectrice et un bord libre de ladite zone périphérique, est comprise entre 2 mm et 4 mm. Préférentiellement, cette dimension est égale à 3 mm ;
- une distance prise entre l’armature de potentiel et l’armature collectrice est comprise entre 2 mm et 4 mm. Préférentiellement, cette distance entre deux armatures consécutives est égale à 3 mm.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un dispositif de filtration électronique de particules, le dispositif de filtration électronique comprenant (i) une source électrique, (ii) un étage collecteur conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements, chaque ensemble de collection de l’étage collecteur étant polarisé par la source électrique, (iii) une gaine formant une veine d’air en travers de laquelle s’étend l’étage collecteur, (iv) un étage d’ionisation configuré pour charger électriquement des particules traversant la veine d’air.
Relativement à un flux d’air traversant le dispositif de filtration électronique, l’étage d’ionisation est situé en amont de l’étage collecteur.
Le dispositif de filtration électronique conforme au deuxième aspect de l’invention présente ainsi des performances plus élevées par rapport aux dispositifs de filtration électronique connus. En effet, l’isolation électrique des armatures formant son étage collecteur – telle que présentée précédemment – permet de limiter l’apparition d’effets de calquage, réduisant à la fois les nuisances sonores d’un tel dispositif de filtration électronique et la production de polluants secondaires nocifs, tels que l’ozone.
Le dispositif de filtration électronique conforme au deuxième aspect de l’invention comprend avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
- la source électrique est avantageusement du type d’une source une haute tension. Selon une première variante de réalisation, la source électrique est du type d’une alimentation continue. Selon une deuxième variante de réalisation, la source électrique est du type d’une source alternative ;
- les armatures de potentiel et les armatures collectrices de tous les ensembles de collection sont supportées par des rails solidaires de la gaine, respectivement au niveau de leur marge périphérique et de leur zone périphérique ;
- les armatures de potentiel et les armatures collectrices sont de formes elliptiques, circulaires ou polygonales ;
- les armatures de potentiel et les armatures collectrices de tous les ensembles de collection s’étendent d’un flanc intérieur à l’autre de la gaine.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un système de ventilation comportant un dispositif de filtration électronique conforme au deuxième aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements et un organe générant un flux d’air non nul au travers de la veine d’air.
L’organe générant le flux d’air est couplé fluidiquement à la veine d’air. Selon une première variante de réalisation, l’organe générant le flux d’air est configuré pour souffler de l’air au travers de la gaine. A titre d’exemple non limitatif, il peut s’agir d’un ventilateur ou d’une turbine soufflant de l’air. Selon une deuxième variante de réalisation, l’organe générant le flux d’air est configuré pour aspirer de l’air au travers de la gaine d’air. A titre d’exemple non limitatif, il peut s’agir d’une turbine générant une dépression ou d’une pompe.
Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Les FIGURES 1 à 3 illustrent des vues schématiques de trois exemples de réalisation de l’étage collecteur 10 conforme au premier aspect de l’invention.
D’une manière générale et commune à tous les exemples de réalisation, un tel étage collecteur 10 comporte une pluralité d’ensemble de collection 1, chaque ensemble de collection 1 comprenant :
- une armature de potentiel 11 ;
- une armature collectrice 12 située en regard de l’armature de potentiel 11, chaque ensemble de collection 1 présentant une différence de potentiel électrique non nulle entre l’armature de potentiel 11 et l’armature collectrice 12 ;
Afin d’être en regard l’une de l’autre, l’armature de potentiel 11 est alignée latéralement par rapport à l’armature collectrice, de sorte qu’un bord latéral 2 de l’armature collectrice 12 soit aligné avec le bord latéral 2 de l’armature de potentiel 11.
Conformément à l’invention, et tel que visible dans tous les exemples de réalisation, un isolant électrique 13 recouvre à minima un cœur 111 central de l’armature de potentiel 11 et situé en regard de l’armature collectrice 12. Plus particulièrement, pour un ensemble de collection 1 donné, l’armature de potentiel 11 comporte une face active 112 faisant directement face à une surface active 122 de l’armature collectrice 12, et la partie du cœur 111 systématiquement recouverte de l’isolant électrique est située du côté de la face active 112 de l’armature de potentiel 11.
Sur les FIGURES 1 à 3, les surfaces des armatures recouvertes par l’isolant électrique 13 sont représentées par des surfaces hachurées.
Comme visible sur les FIGURES 1 à 3, le cœur 111 est situé au niveau d’une zone médiane de l’armature de potentiel 11, de sorte que toute la surface du cœur 111 soit située directement en regard d’une partie de la plaque collectrice 12.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la , seul le cœur 111 de l’armature de potentiel 11 est recouvert, en tout ou partie, par l’isolant électrique 13.
D’une manière avantageuse, l’armature de potentiel 11 et l’armature collectrice 12 des ensembles collecteur 1 prennent chacune la forme d’une plaque. La plaque est au moins en partie électriquement conductrice :
– dans l’exemple de réalisation illustré sur la , l’armature collectrice 12 et l’armature de potentiel 11 sont simplement formées d’une plaque conductrice 3 constituée d’un matériau électriquement conducteur, tel que par exemple du cuivre ;
– dans les exemples illustrés sur les FIGURES 2 et 3, l’armature collectrice 12 et l’armature de potentiel 11 sont formées d’un empilement de feuillages alternativement électriquement conducteur et électriquement isolant. Plus particulièrement, dans les exemples illustrés sur les FIGURES 2 et 3, l’armature collectrice 12 et l’armature de potentiel 11 comportent chacune un substrat 4 logé entre deux plaques conductrices 3. A titre d’exemple, de telles armatures 11, 12 peuvent être formée d’une plaque de circuit imprimé.
Les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrice 12 sont avantageusement toutes parallèles entre elles, de sorte à former un entrefer entre elles, prises deux à deux. En outre, les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrice 12 sont préférentiellement toutes planes, ou éventuellement toutes courbes. D’une manière générale, les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrice 12 présentent toutes la même conformation géométrique que l’entrefer soit de longueur sensiblement constante entre elles.
Dans les exemples de réalisation illustrés sur les FIGURES 2 et 3, l’armature de potentiel 11 de chaque ensemble de collection 1 comporte une marge périphérique 113 située en périphérie du cœur 111 de l’armature de potentiel 11. Plus particulièrement, la marge périphérique 113 forme un trottoir qui encercle le cœur 111 de l’armature de potentiel 11. De manière particulièrement astucieuse, la marge périphérique 113 est formée du substrat 4 de l’armature de potentiel 11. De manière analogue, l’armature collectrice 12 de chaque ensemble de collection 1 comporte une zone périphérique 123 située en périphérie d’une zone centrale 121 de ladite armature collectrice 12 – analogue au cœur 111 de l’armature de potentiel 11. Plus particulièrement, la zone périphérique 123 forme un trottoir qui encercle la zone centrale 121 de l’armature collectrice 12. De manière particulièrement astucieuse, la zone périphérique 123 est formée du substrat 4 de l’armature collectrice 12.
Comme évoqué précédemment, afin de limiter l’apparition d’effets de pointe et de claquage entre les armatures 11, 12 de l’étage collecteur 10, il est nécessaire de recouvrir au moins en partie les armatures 11, 12 d’isolant électrique 13. En complément de la présence d’isolant électrique 13 sur la partie du cœur 111 de l’armature de potentiel 11 située en regard de l’armature collectrice 12 d’un ensemble de collection 1 donnée, les exemples de réalisation illustrés sur les FIGURES 2 et 3, illustrent des recouvrements complémentaires des armatures de potentiel &1 et collectrice 12 par l’isolant électrique 13. Plus particulièrement, l’armature collectrice 12 et l’armature de potentiel 11 y sont entièrement recouvertes de l’isolant électrique 13. En d’autres termes, l’isolant électrique 13 entoure totalement les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrice 12, chaque surface des armatures étant recouverte par une épaisseur non nulle de l’isolant électrique 13.
Ainsi, dans les exemples de réalisation illustrés sur les FIGURES 2 et 3, et pour chaque ensemble de collection 1 formant l’étage collecteur 10, l’armature de potentiel 11 est recouverte de l’isolant électrique 13 au niveau :
– de son cœur 111, sur la face active 112 et sur une face opposée 114 à la face active 112, relativement à l’armature collectrice 12 associée d’un ensemble de collection 10 donnée ; et
– de sa marge périphérique 113 ;
– d’une tranche 21 prise au niveau du bord latéral 2 de l’armature de potentiel 11 et au niveau d’un bord libre 23 de la marge périphérique 113.
De manière analogue, dans les exemples de réalisation illustrés sur les FIGURES 2 et 3, et pour chaque ensemble de collection 1 formant l’étage collecteur 10, l’armature collectrice 12 est recouverte de l’isolant électrique 13 au niveau :
– de sa zone centrale 121, sur la surface active 122 et sur une surface opposée 124 à la surface active 121, relativement à l’armature de potentiel 11 associée d’un ensemble de collection 10 donnée ; et
– de sa zone périphérique 123 ;
– d’un chant 22 pris au niveau du bord latéral 2 de l’armature collectrice 12 et au niveau d’un bord libre 23 de la zone périphérique 123.
Dans l’exemple illustré sur la , l’isolant électrique 13 est d’épaisseur constante sur tout le pourtour de l’armature collectrice 12 d’une part, et de l’armature de potentiel 11 d’autre part.
Dans l’exemple illustré sur la , l’isolation électrique est renforcée au niveau de la marge périphérique 113 de l’armature de potentiel 11 et au niveau de la zone périphérique 123 de l’armature collectrice 12. A cet effet, l’isolant électrique 13 comporte :
- un premier isolant électrique 131 en contact avec l’armature de potentiel 11 d’une part et avec l’armature collectrice 12 d’autre part, pour chaque ensemble de collection 1 de l’étage collecteur 10 ; et
- un deuxième isolant électrique 132 superposé au premier isolant électrique. 131.
En particulier, pour chaque ensemble de collection 1, le deuxième isolant électrique 132 recouvre la marge périphérique 113 de l’armature de potentiel 11, et le deuxième isolant électrique 132 recouvre la zone périphérique 123 de l’armature collectrice 12. Cette configuration permet ainsi de renforcer l’isolation électrique de la marge périphérique 113 de l’armature de potentiel 11 d’une part et de la zone périphérique 123 de l’armature collectrice 12 d’autre part, respectivement par rapport à l’isolation électrique du cœur 111 de l’armature de potentiel 11 et à l’isolation électrique de la zone centrale 121 de l’armature collectrice 12.
Consécutivement, et comme visible sur la , une épaisseur de l’isolant électrique 13 est supérieure au niveau de la marge périphérique 113 et de la zone périphérique 123, relativement à l’épaisseur de l’isolant électrique 13 pris au niveau respectivement du cœur 111 et de la zone centrale 121.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la , pour chaque ensemble de collection 1 :
- le deuxième isolant électrique 132 recouvre une partie du cœur 111 de l’armature de potentiel 11 située à proximité de la marge périphérique 113 de ladite armature de potentiel 11. En d’autres termes, le deuxième isolant électrique 132 recouvre partiellement une partie du cœur 111 proximale de la marge périphérique 113 de l’armature de potentiel. Ainsi, le deuxième isolant 132 déborde depuis la marge périphérique 113 sur la partie du cœur 111 située directement à proximité de la marge périphérique 113 ; et/ou
- le deuxième isolant électrique 132 recouvre une partie de la zone centrale 121 de l’armature collectrice 12 située à proximité de la zone périphérique 123 de ladite armature collectrice 12. En d’autres termes, le deuxième isolant électrique 132 recouvre partiellement une partie de la zone centrale 121 proximale de la zone périphérique 123 de l’armature collectrice 12. Ainsi, le deuxième isolant 132 déborde depuis la zone périphérique 123 sur la partie du zone centrale 121 située directement à proximité de la zone périphérique 123.
Afin de permettre une efficacité optimale de l’isolation, une longueur de recouvrement du deuxième isolant 132 sur la partie du cœur 111 et/ou sur la partie de la zone centrale 121 tel que décrit précédemment est de l’ordre d’une longueur de l’entrefer entre l’armature collectrice 12 et l’armature de potentiel 11 d’un ensemble de collection 1 donné. Avantageusement, la longueur de recouvrement du deuxième isolant 132 sur la partie du cœur 111 et/ou sur la partie de la zone centrale 121 est comprise entre 0.5 mm et 5 mm, préférentiellement égale à 3 mm. La longueur de recouvrement est prise selon une direction perpendiculaire à la tranche 21 de l’armature de potentiel 11 et/ou au chant 22 de l’armature collectrice 12, à partir respectivement d’un bord extérieur du cœur 111 de l’armature de potentiel 11 et/ou de la zone centrale 121 de l’armature collectrice 12, et en direction dudit cœur 111 et/ou de ladite zone centrale 121.
Le premier isolant électrique 131 et le deuxième isolant électrique 132 présentent une rigidité diélectrique supérieure à 5 kV/mm. D’une manière générale, le premier isolant électrique 131 et le deuxième isolant électrique 132 sont configurés pour permettre d’éviter le claquage entre une armature de potentiel 11 et une armature collectrice 12 en air humide jusqu’à 100% d’humidité relative.
Dans le contexte de la présente invention, le premier 131 et le deuxième 132 isolant électrique sont choisis parmi des vernis d’isolation électrique, des films thermoplastiques, des enrobages plastiques et des surmoulages plastiques. De manière préférée, le premier isolant électrique 131 est du type d’un vernis épargne ; et le deuxième isolant électrique 132 est du type d’un vernis de tropicalisation.
En référence aux FIGURES 4 à 7, l’invention concerne aussi un dispositif de filtration électronique 30 comportant :
- une source électrique 32, préférentiellement du type d’une source une haute tension ;
- un étage collecteur 10 tel que décrit précédemment dans l’une quelconque de ses variantes ;
- une gaine 33 formant une veine d’air 35 en travers de laquelle s’étend l’étage collecteur 10 ; et
- un étage d’ionisation 31 configuré pour charger électriquement des particules traversant la veine d’air 35.
La illustre une vue schématique de profil du dispositif de filtration électronique 30 conforme au deuxième aspect de l’invention ; et les FIGURES 4 à 7 illustrent 3 variantes de réalisation différentes de la veine d’air 35 formée par la gaine 33, vues selon une coupe transversale dudit dispositif de filtration électronique 30.
Sur la , un flux d’air traversant le dispositif de filtration électronique 30 est illustré par les flèches F : un tel flux d’air traverse le dispositif de filtration électronique 30 depuis la gauche vers la droite de la . Ainsi, la veine d’air 35 se propage en travers de tout le dispositif de filtration électronique 30, c’est-à-dire à la fois en travers de l’étage d’ionisation 31 et en travers de l’étage collecteur 10.
Relativement au flux d’air traversant le dispositif de filtration électronique 10, l’étage d’ionisation 31 est situé en amont de l’étage collecteur 10.
Dans un tel dispositif de filtration électronique 30, chaque ensemble de collection 1 de l’étage collecteur 10 est polarisé par la source électrique 32. Plus particulièrement, la source électrique 32 est reliée électriquement à chaque armature de potentiel 11 et chaque armature collectrice 12 de l’étage collecteur 10, afin de créer un champ électrique en travers de la veine d’air 35 prise au niveau de l’étage collecteur 10, et plus particulièrement entre deux armatures 11, 12 directement en regard l’une de l’autre.
Afin de supporter les armatures 11, 12 de l’étage collecteur 10 du dispositif de filtration électronique 30 en travers de la veine d’air 35, les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrices 12 de tous les ensembles de collection 1 sont supportées par des rails 34 solidaires de la gaine 33, respectivement au niveau de leur marge périphérique 113 et de leur zone périphérique 123.
Les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrices 12 de l’étage collecteur 10 sont reliées à la source électrique 32 de sorte à être alternativement portées à un potentiel électrique différent. Cette configuration permet que la différence de potentiel entre deux armatures 11, 12 consécutives induise une force de Coulomb qui entraîne les particules, électriquement chargées par l’étage d’ionisation 31, vers les armatures collectrices 12. La différence de potentiel entre les armatures 11, 12 induit un champ électrique proche de, ou supérieur à, la valeur du champ disruptif dans l’air humide, soit environ 106V/m.
Les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrices 12 de tous les ensembles de collection 1 s’étendent de part et d’autre de la gaine 33, en travers de la veine d’air 35, de sorte que, selon un plan transversal au flux d’air F représenté sur la , les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrices prennent collectivement la forme de la gaine 33.
Dans le mode de réalisation illustré sur la , l’étage collecteur 10 a un profil transversal de la forme d’un carré : les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrices 12 ont des dimensions et sont disposées d’une manière telle qu’elles épousent la section carrée de la gaine 33.
Dans le mode de réalisation illustré sur la , l’étage collecteur 10 a un profil transversal de la forme d’un cercle : les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrices 12 ont des dimensions et sont disposées d’une manière telle qu’elles épousent la section circulaire de la gaine 33.
Dans le mode de réalisation illustré sur la , l’étage collecteur 10 a un profil transversal de la forme d’un arc annulaire : les armatures de potentiel 11 et les armatures collectrices 12 ont des dimensions et sont disposées d’une manière courbe, de sorte qu’elles épousent la section annulaire de la gaine 33.
En synthèse, l’invention concerne un étage collecteur 10 d’un dispositif de filtration électronique 30 dans lequel les armatures de potentiel 11 et/ou les armatures collectrice 12 sont recouvertes au moins partiellement d’un isolant électrique 13 au niveau de l’entrefer afin de limiter l’apparition d’effets de pointes durant le fonctionnement du dispositif de filtration électronique 30.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.
Claims (15)
- Etage collecteur (10) d’un dispositif de filtration électronique (30) de particules, l’étage collecteur (10) comportant au moins un ensemble de collection (1) comprenant :
- une armature de potentiel (11) ;
- une armature collectrice (12) située en regard de l’armature de potentiel (11), chaque ensemble de collection (1) présentant une différence de potentiel électrique non nulle entre l’armature de potentiel (11) et l’armature collectrice (12) ;
caractérisé en ce qu’un cœur (111) central de l’armature de potentiel (11) situé en regard de l’armature collectrice (12) est recouvert d’un isolant électrique (13). - Etage collecteur (10) selon la revendication précédente, dans lequel, pour chaque ensemble de collection (1), l’armature de potentiel (11) et l’armature collectrice (12) prennent chacune la forme d’une plaque comportant un feuillage électriquement conducteur.
- Etage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, le cœur (111) de l’armature de potentiel (11) de chaque ensemble de collection (1) est recouvert de l’isolant électrique (13) sur une face opposée à l’armature collectrice (12) dudit ensemble de collection (1).
- Etage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, l’armature de potentiel (11) de chaque ensemble de collection (1) comporte une marge périphérique (113) au cœur (111), la marge périphérique (113) étant recouverte de l’isolant électrique (13) sur une face en regard de l’armature collectrice (12) dudit ensemble de collection (1) et/ou sur une face opposée à l’armature collectrice (12) dudit ensemble de collection (1).
- Etage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, une tranche (21) de l’armature de potentiel (11) de chaque ensemble de collection (1) est recouverte de l’isolant électrique (13).
- Etage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, une zone centrale (121) de l’armature collectrice (12) située en regard de l’armature de potentiel (11) est recouverte d’un isolant électrique (13).
- Etage collecteur (10) selon la revendication précédente, dans lequel, la zone centrale (121) de l’armature collectrice (12) de chaque ensemble de collection (1) est recouverte de l’isolant électrique (13) sur une face opposée à l’armature de potentiel (11) dudit ensemble de collection (1).
- Etage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel, l’armature collectrice (12) de chaque ensemble de collection (1) comporte une zone périphérique (123) à la zone centrale (121), la zone périphérique (123) étant recouverte de l’isolant électrique (13) sur une face en regard de l’armature de potentiel (11) dudit ensemble de collection (1) et/ou sur une face opposée à l’armature de potentiel (11) dudit ensemble de collection (1)
- Etage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel, un chant (22) de l’armature collectrice (12) de chaque ensemble de collection (1) est recouvert de l’isolant électrique (13).
- Etage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, l’isolant électrique (13) comporte :
- un premier isolant électrique (131) formé par l’isolant électrique (13), le premier isolant électrique (131) étant en contact avec l’armature de potentiel (11) et/ou l’armature collectrice (12) de chaque ensemble de collection (1) ; et
- un deuxième isolant électrique (132) superposé au premier isolant électrique (131). - Etage collecteur (10) selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 8, dans lequel, pour chaque ensemble de collection (1), le deuxième isolant électrique (132) recouvre la marge périphérique (113) de l’armature de potentiel (11) et/ou la zone périphérique (123) de l’armature collectrice (12).
- Etage collecteur (10) selon la revendication précédente, dans lequel, pour chaque ensemble de collection (1), le deuxième isolant électrique (132) recouvre une partie du cœur (111) de l’armature de potentiel (11) située à proximité de la marge périphérique (113) et/ou le deuxième isolant électrique (132) recouvre une partie de la zone centrale (121) de l’armature collectrice (12) située à proximité de la zone périphérique (123).
- Etage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel, le premier isolant électrique (131) et le deuxième isolant électrique (132) sont choisis parmi des vernis d’isolation électrique, des films thermoplastiques, des enrobages plastiques et des surmoulages plastiques.
- Dispositif de filtration électronique (30) de particules, le dispositif de filtration électronique (30) comprenant :
- une source électrique (32) ;
- un étage collecteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque ensemble de collection (1) de l’étage collecteur (10) étant polarisé par la source électrique (32) ;
- une gaine (33) formant une veine d’air (35) en travers de laquelle s’étend l’étage collecteur (10) ;
- un étage d’ionisation (31) configuré pour charger électriquement des particules traversant la veine d’air (33). - Système de ventilation comportant un dispositif de filtration électronique (30) selon la revendication précédente et un organe générant un flux d’air non nul au travers de la veine d’air (35).
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| US2875845A (en) * | 1955-03-18 | 1959-03-03 | Gaylord W Penney | Electrostatic precipitator |
| WO2005077540A1 (fr) * | 2004-02-09 | 2005-08-25 | Sharper Image Corporation | Depoussiereurs electrostatiques comprenant des electrodes de commande isolees |
-
2020
- 2020-05-19 FR FR2005099A patent/FR3110433B1/fr active Active
Patent Citations (2)
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| CN114466701A (zh) * | 2019-10-15 | 2022-05-10 | 得康氧公司 | 用于电子过滤颗粒的装置 |
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