WO2001038000A1 - Traitement electrostatique d'aerosols, dispositifs et procede de fabrication - Google Patents

Traitement electrostatique d'aerosols, dispositifs et procede de fabrication Download PDF

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WO2001038000A1
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Jean-Marie Billiotte
Elena Vladimirovna Volodina
Alexandre Vladimirovitch Nagolkin
Frédéric Basset
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Billiotte Jean Marie
Elena Vladimirovna Volodina
Nagolkin Alexandre Vladimirovi
Basset Frederic
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    • Y10S55/05—Methods of making filter

Definitions

  • the invention relates to the technical field of air treatment devices, and more specifically to devices for subjecting a fluid charged with aerosol particles (dust or specific molecules, etc.) to the action of a strong electrostatic field. amplitude and orientation variations, in order to perform an electromagnetic action
  • the electrostatic field generator device is of the type consisting of a porous electrostatic module made of dielectric material, placed in a sandwich between two porous conductive electrodes, put under a different electric voltage, to induce
  • Such electrostatic action devices on aerosol particles are currently mainly used to statically filter particles transported by an air flow. But they use an electrostatic module not organized in three-dimensional network and 0 whose proper geometry of the cells is random. They use a locally weakly amplified electrostatic field with small variations in amplitude and orientation.
  • the electrostatic module of a generator consists of a mesh network, the meshes of which have an organized three-dimensional periodicity and the mesh cells of which have a hollow structure which is convex on the outside, concave on the inside and picked up, of repetitive geometry particular to achieve the amplification effect and the desired electrostatic field structure.
  • the amplified electrostatic action device of the invention has much broader applications than those in the field of filtration.
  • the closest prior art is essentially constituted by electrostatic dust filters. Consequently, the analysis of the prior art below is limited to this technical field and more generally to the various dust filtration techniques. For medical, sanitary and air purity reasons, it is desirable to filter the 5 small particles from the air and in particular industrial dust, pollens, bacteria, viruses, fungi, algae, and other fine dust ...
  • the media In the case of mechanical filters with a surface effect, the media generally consists of a sheet made of woven metal wires, a mesh fabric, a filter paper, or a membrane ...
  • the media has holes or pores on the surface.
  • the size of media pores are chosen so that air passes through them because, because of their size, "large particles" are captured and held on the fibers or material of the media.
  • mechanical filters rarely have holes smaller than the size of the particles they must capture, they act as if.
  • the particles are gradually captured on the edges of the holes and tend to create a porous wall in bridge on the hole by agglutination.
  • the collected particles agglutinate on the surface of the filtering medium and gradually constitute a "cake" of increasing thickness.
  • the “cake” of particles collected becomes the filter and the initial media the support of the filter.
  • the particles do not only form a coherent cake on the surface, but the particles are agglutinated to a certain depth in the vicinity of the surface of the media.
  • An example of such a filter is constituted by cigarette filters.
  • the media has a certain thickness and its fibers are not woven to form a surface, but are joined in thickness in more or less random directions.
  • Dust separation is carried out by inertial impaction on the fibers. The captured particles are then partly kept in place due to Van der Wals electrostatic forces.
  • HEP A high efficiency filters
  • ULPA very high efficiency filters
  • This method has been widely used in industry since its invention by FG Cottrell in 1910.
  • a prior means is used to give an electrostatic charge to the particles, and, using an electrostatic field, these charged particles are precipitated on a collecting wall or a collecting medium maintained under electric voltage of opposite sign.
  • electrostatic filter structures - those with one stage, - and those with two stages.
  • electrostatic precipitation means - that with electrodes charged under voltage generated externally by electrical supply, - and that with electrostatic self-charging, charged by the friction of air.
  • the electrostatic filters with one stage, or electrostatically charged filter are produced according to the self-charging variant, according to which their filtering media accumulates an electrostatic charge due to the passage of the air flow through the media which constitutes them. They generally also use the fact that the particles are previously electrostatically charged due to friction with air. They are low cost and low efficiency.
  • Two-stage electrostatic precipitators, also called electrostatic precipitators, have increased complexity, cost and efficiency. They have a stage of electrical charge by corona effect of the particles and a stage of precipitation. In the electric charge stage, the air passes through an ionization zone made up of one or more wires brought to high electric voltage to generate an intense electrostatic field, within which the particles are electrically charged by ionization.
  • the air flow comprising the charged particles passes through a second collection stage.
  • electrostatic filters There are two types of two-stage electrostatic filters, depending on the structure of the stage for collecting charged particles (- with plates, - or with filtering media).
  • the collector is formed of an alternating parallel plurality of plates carried under high electric voltage and of plates earthed, oriented parallel to the air flow.
  • the charged particles are deflected perpendicular to the flow path due to the transverse electric field, perpendicular to the plates and therefore to the flow. Therefore, they are precipitated on the plates.
  • the collecting stage consists of one or more porous grids or electrodes (generally put under alternating electrical voltages) and separated by plates of a porous filtering collecting medium.
  • the grid and the plates are located perpendicular to the air flow.
  • the field is substantially longitudinal or slightly inclined with respect to the path of the fluid.
  • This type of electrostatic precipitator is used mainly for domestic use, in particular in the field of air conditioning and heating.
  • electrostatic filters with transverse media and auxiliary mechanical filters with depth filtration, are structurally the closest to the electrostatic device according to the invention.
  • a first major defect of mechanical or electrostatic filters with filter media is that the smallest particles and in particular microbial particles (bacteria and viruses) pass through the pores, so that the efficiency of mechanical filters decreases considerably depending on the size of the treated particles.
  • a second defect of mechanical or electrostatic filters with filter media is that they cause a pressure drop and a significant energy consumption.
  • a third defect of mechanical or electrostatic filters is that the filtering efficiency of physical methods implemented by filter media (whether they work by impaction, diffusion or electrostatic effect) is low. So that the porosity of the filter media (pore size) must be of the same order of magnitude or, in any case, it must be sufficiently low compared to the size of the particles to be filtered. This has the consequence that the filter media used have a low porosity ratio (void volume of pores over volume of filter material).
  • a fourth defect of filter media filters is that they retain large particles more on the surface than in depth. They act essentially on the surface or on a small thickness in the vicinity of the entry face. It forms quickly - either a "cake" on the surface,
  • a sixth defect of filter media filters is their poor reliability. Indeed, the efficiency and clogging of the filter media are very sensitive to the atmosphere of the air and in particular to its humidity and to the concentration of particles. These parameters are often random and in practice very difficult to take into account in the assessment of the necessary maintenance frequency.
  • a seventh defect, specific to electrostatic filters, whether of the plate or filter media type, is linked to the deposition of large particles on the electrodes or on the active parts of the filter media, which results in a gradual decrease the efficiency of the dielectric filter (as described below). The consequence of the deposit
  • a ninth defect of electrostatic air filters with filtering media of the prior art is that they do not make it possible to have a spatial selectivity for capturing particles according to their size, that is to say that particles of any size are captured almost uniformly in each area of the media.
  • Large particles (and small particles) are deposited uniformly on the capture surface of the filter media. Gradually small and large particles are (uniformly) less and less captured. In other words the filtration of small particles is hampered due to the bulk of the media by large particles.
  • the action on small particles is gradually rendered ineffective due to clogging by large particles.
  • US Patents 5,368,635 and US 5,540,761 describe such a system, the particularity of which is furthermore to slow the gas at the level of the media, so as to allow increased transverse movement of the particles, to increase the capture efficiency and to allow increase the size of the pores thereby limiting the speed of clogging of the pores by the dust.
  • Different types of materials are available (paper, fiberglass, natural fibers, etc.) whose structure is essentially random, that is to say without defined geometric organization.
  • the repeatability is mono-dimensional. It is known to give the filtering medium the form of a layer with an open fine structure, made of woven threads. US patent 5,037,455 proposes such a structure made of woven polypropylene. This media does not spare cells.
  • the invention relates to a volume generator of chaotic electrostatic field ensuring local amplification of the electrostatic field, for subjecting a fluid charged with aerosol particles to the action of an electrostatic field with strong local variation in amplitude and orientation.
  • An electrostatic field generator according to the invention is of the known type comprising:
  • an influenced electrostatic module made of a porous material
  • an ionizer can be added upstream of the generator to electrically charge the particles and increase their interaction with the generated electrostatic field.
  • the invention relates mainly to an improvement to the constitutive structure of the electrostatic module of the electrostatic field generator.
  • the invention recommends using an electrostatic module consisting of a three-dimensional mesh network, having (at least locally) a three-dimensional periodicity (or pseudo-periodicity) (in at least three directions).
  • each mesh of the three-dimensional network consists of an elementary cell which is convex on the outside, hollowed out at its center and therefore concave on the inside, to encompass an elementary empty cell volume picked up. That is, the transverse dimensions of the cell volume are of the same order of magnitude in the three directions.
  • the elementary empty cell volume of the majority of the cells located in the center of the electrostatic module opens opposite the elementary empty volumes of neighboring cells by at least four recesses through their elementary surface.
  • the electrostatic module is formed by assembling a plurality of fins with elongated portions, made of a dielectric or semiconductor material.
  • the fins have a thin cross section, not very wide, of thickness much less than their longitudinal dimension, and include at least one elongated and tapered lateral trailing edge.
  • the fins are physically and electrically connected to each other by each of their ends to form a three-dimensional dielectric network.
  • the network can have, in the three directions, either a strictly repetitive mesh, or a quasi-repetitive mesh (quasi-network).
  • the fins are associated and grouped geometrically to constitute a multiplicity of elementary cells (meshes of the network).
  • the fins inside the electrostatic module are mainly common to several elementary cells. According to this preferred variant of the invention, the majority of the associated fins, belonging to the same cell inside the electrostatic module, surround and tangentially adjoin, by at least one of their lateral longitudinal faces, an elementary surface including an empty cell volume. elementary.
  • An important feature of the invention is that the elementary volumes internal to the cells have a convex and gathered structure.
  • the term “picked up” means that the transverse dimensions of the elementary cell volume are of the same order of magnitude in the three geometric directions.
  • convex is understood to mean the geometric mathematical meaning according to which the elementary volumes have an overall shape close to a strict or slightly deformed ball, to an ellipsoid or to a regular and unelongated parallelepipedic volume, such, for example - a pipe, - Or an unstructured volume such as that formed by the interstices formed between a multitude of fibers grouped randomly.
  • the communication recesses between neighboring cells are surrounded by the lateral edge of fins belonging to its cell and common to neighboring cells.
  • An electrostatic field generator comprises, inside its electrostatic module, a three-dimensional plurality of zones of electrostatic influence, distributed in three-dimensional, periodic or pseudo-periodic network.
  • the zones of influence are located substantially around the cell volumes and in the vicinity of the trailing edges of the fins, at the interface between the cells.
  • electrostatic zones of influence which the particles pick up show strong local variations in the amplitude of the electrostatic field relative to the average intensity evaluated over the entire electrostatic module, and / or strong variations in orientation of the electrostatic field relative to at the average orientation of the electric field, evaluated over the entire electrostatic module.
  • FIG. 1 shows in general the various constituent elements of an electrostatic generator according to the invention.
  • Figures 2 and 3 show an assembly of fins according to the preferred variant of the invention to form the three-dimensional network structure of its electrostatic module.
  • FIGS. 4 and 5 show the particular features of constituting a mesh of the network of the electrostatic module.
  • Figures 6 to 8 and 10 show the organization of a type of network of the electrostatic module according to the invention, obtained by intersection of spheres with thin wall thickness.
  • Figures 9 and 11 show another variant of the electrostatic module according to the invention, obtained by network assembly of polyhedra (dodecahedra) with drilled faces.
  • Figures 12 and 13 show in perspective the side wall and the interior of the network of an electrostatic module according to the invention.
  • Figures 14 to 19 show schematically, very simplified to make it easy to understand (in dimension 2), the geometric structure and the electrostatic field structure encountered by a flow of air when passing through an electrostatic module according to l 'invention.
  • FIG. 20 describes in transverse view, in a simplified manner (by enlarging the size of the cells of the network) a preferred variant for producing the electrostatic module and the electrodes of the electrostatic module according to the invention.
  • Figures 21 and 22 show the exterior view of a preferred version of an electrostatic module and electrodes according to the invention.
  • the influenced electrostatic module (2) consists of a dielectric or semiconductor material (md). It preferably has a flat shape and a porous internal geometry permeable to the passage of fluids (U). It has, on either side, at least two lateral contact surfaces (L1, L2) facing each other.
  • Electrodes (4, 5) are made of a conductive material (me). They are preferably flat in shape. Their geometry is porous and permeable to the passage of fluids (U). They are placed opposite, spaced from each other and are in contact on either side of the electrostatic module (2). They each cooperate by one of their lateral bearing faces (SI, S2) with one of the two lateral contact faces (L1, L2) of the electrostatic module (2).
  • the electric current source (6) comprises at least two metal terminals (B +, B-) of fairly high electrical potential difference between them.
  • the two conductive electrical wires (7, 8) are each connected by one end (9, 10) to one of the potential terminals (B +, B-) and / or to earth, and at the other end (11, 12) to one different from the electrodes (4, 5) of polarization.
  • one of the two conductors (7) is partially formed by the earth (G).
  • An axial fan (3) is used as a means of pressurizing the fluid (U) to ensure its flow through the sandwich made up of the electrodes (4, 5) and the electrostatic module (2).
  • the fins (An) have a thin cross section (St), not very wide, and of thickness (e) much less than their longitudinal dimension (1). They include at least one elongated and tapered lateral trailing edge (bn), oriented in the direction (xn, x'n) of the length of the fins (An).
  • a fin cross section (An) has, in the vicinity of its trailing edge (bn), a small local transverse radius (Rn) of curvature.
  • the fins (..., A13, A14, A15, .... An, ...) are physically and electrically connected to each other by each of their ends (A13_l, A13_2, A14_l, A15_l, .. ..) to form a three-dimensional dielectric network (Rxyz). They are associated and grouped geometrically to constitute a multiplicity of elementary cells (Cl, ..., C16, C17, ).
  • the fins (A13) inside the electrostatic module (2) are mainly common to several elementary cells (..., C1, ..., C17, ).
  • Figs. 4 and 5 show that the majority of the fins (..., A13, A14, A15, ...) associated belonging to a same cell (Cl) inside the electrostatic module (2) surround and adjoin tangentially, by at least the one of their lateral longitudinal faces (if 13/1, if 14/1, if 15/1, etc.), a virtual elementary surface (SI) clean and internal to each elementary cell (Cl).
  • the cells (Cl, ...) are globally convex on the outside and concave on the inside. Referring to Figs. 4 to Fig. 6, it appears that the geometry of this elementary surface (SI) is closed, to encompass an elementary empty cell volume (VI) convex externally, concave internally and picked up.
  • the transverse dimensions (dxl, dyl, dzl) of a cell volume (VI) are of the same order of magnitude in the three geometric directions (x, y, z).
  • the elementary empty cell volume (VI) of the majority of the cells (Cl) located at the center of the electrostatic module (2) opens opposite the elementary empty volumes (V16, V17, ...) of neighboring cells ( C16, C17, 7) by at least four recesses (el6, el7, el8, el9, ...) through their elementary surface (SI).
  • each of the recesses (el6) is surrounded by the lateral edge (bl61, bl72, ...) of fins (..., A16, A17 %) belonging to its cell (Key) and sess to neighboring cells (Cl 6, C17, ).
  • FIG. 5 A three-dimensional representation of the field structure (E1, E2, E3, E4, ...) in the zones of electrostatic influence, (Zl, Z2, Z3, Z4, ...) in the vicinity of a recess in the cell (Cl) is given in Fig. 5.
  • the difference in electrical potential between the electrodes (4, 5) induces a significant polarization of the dielectric (md) constituting the electrostatic module (2).
  • Fig. 14 and Fig. 15 it has been demonstrated by measurements that the combination between the three-dimensional repeatability and the externally convex, internally concave and gathered shape of the cells (Cl) of the network (Rxyz) of fins (An) induces an unexpected result under the effect of this electrostatic polarization.
  • Fig. 14 it has been demonstrated by measurements that the combination between the three-dimensional repeatability and the externally convex, internally concave and gathered shape of the cells (Cl) of the network (Rxyz) of fins (An) induces an unexpected result under
  • the fins (A13, A14, A15) also appearing in FIG. 5, and constituting the three-dimensional network (Rxyz) of the electrostatic module (2) have substantially the same shape and the same dimensions.
  • the fins (A13, A 15, ...) are connected in a three-dimensional network (Rxyz), with meshes made up of cells (Cl, C16, C17, ...) substantially polyhedral connected together.
  • the inventors have found that a dodecahedral structure gives excellent results.
  • C16, C17) of the electrostatic module (2) are mainly of substantially circular or elliptical shape.
  • the 10 fins (A13, A14, A15, ...) constituting the three-dimensional network (Rxyz) of the electrostatic module (2) have relative longitudinal dimensions (1) and are physically connected together in a configuration such that the elementary surfaces (tangent internally to the fins) (SI, S16, S17, ...) of the interior cells (Cl, C16, C17, ...) of the three-dimensional network (Rxyz) are substantially of closed quadratic form (it is i.e. 15 spherical or ellipsoid). So that the elementary empty cell volumes (VI, VI 7, ...) inside the three-dimensional network (Rxyz) have substantially an empty convex ball or ovoid shape.
  • the fins of the three-dimensional network (Rxyz) of the electrostatic module (2) have relative longitudinal dimensions (1) and are physically connected together in a configuration such as the elementary quadratic surfaces (SI , S16, S17, ...) closed inner cells (Cl, C16, C17, .7) of the network (Rxyz) are substantially distributed according to their geometry called greater compactness, as described in Fig. 4 and Fig. 5.
  • Fig. 10 It consists in making the three-dimensional network (Rxyz) by approximation, intersection and union of closed quadratic forms (Cl, Cl 6, Cl 7, ...) of small thickness and in particular of spheres and or ellipsoids. This can be achieved in particular by combination between a chemical action and a pressure action on a foam of plastic material in formation.
  • the three-dimensional network (Rxyz) is produced by bringing together and initially initially generally globally polyhedral shapes
  • A14, A15, A16, ...) constituting the three-dimensional network (Rxyz) of its electrostatic module (2) have relative longitudinal dimensions (1) and are physically linked together in a configuration such that the closed elementary surfaces (SI,
  • the network can be made in such a way that the cells are substantially distributed in a so-called "face-centered cubic" form.
  • the inventors have verified by electrostatic amplification efficiency measurements that as described in FIG. 19 and Fig.
  • lateral contact faces (L1, L2) of the electrostatic module (2) (and preferably both), in contact with a lateral support face (SI,
  • the dielectric electrostatic module (2) and the conductive electrodes (4, 5) have the same geometry consisting of a network of thin and elongated fins (A13) joined by their ends (A131 ) and distributed in three-dimensional networks (Rxyz) (R'xyz) as described in Fig. 4 to Fig. 6.
  • the fins of the two networks provide a multitude of cells (CD, CE) communicating through recesses (el3, ..) and surrounding empty elementary cell volumes (VI) collected, of transverse dimensions of the same order of magnitude in the three directions (dx, dy, dz).
  • the dielectric electrostatic module (2) and the conductive electrodes (4, 5) have fins (Al 3) of substantially identical shape and dimensions (1).
  • dielectric electrostatic module (2) and the conductive electrodes (4, 5) consist of cells (CD, CE) of substantially identical geometry and dimensions. They differ in their constituent material (dielectric, conductor).
  • the tips (21, 22) of the lateral contact surface (L1, L2) of the electrostatic module (2) are formed by the section of a multitude of elementary cells (CDe) of the external wall of the network three-dimensional (Rxyz), distributed on the surface of at least one of the lateral faces (Ll, L2), and providing, in line with each external cell (CDe) sectioned, a multitude of nozzles (TDe), having edges (21, 22) pointed, of substantially circular shape opposite the corresponding lateral support face (SI, S2).
  • the tips (31, 32) of the lateral bearing surface (SI, S2) of at least one of the electrodes (4, 5) (and preferably both) are also made up (as it is the case for the electrostatic module) by the section of a multitude of elementary cells (CEe) of the external wall of the three-dimensional network (R'xyz) of this electrode (4, 5) distributed on the surface of at least one of the lateral support faces (SI, S2).
  • These sections provide, in line with each sectioned external cell (CEe), a multitude of metal nozzles (TEe), having sharp edges (31, 32) of substantially circular shape, located opposite the lateral contact face (L 1 , L2) corresponding.
  • the recommended method of manufacturing metallic electrodes (4, 5) with amplification to constitute the volume generator (1) of electrostatic field according to the invention consists first of all in producing a dielectric or semiconductor primary network (Rlxyz).
  • This network (Rlxyz) is identical to that described in Fig. 4 to Fig. 9. It is formed of a plurality of fins (Al 3) made of a dielectric material (md) or semiconductor.
  • the fins (A 13) of the network (Rlxyz) have a fine cross section (St), of thickness (e) much less than their longitudinal dimension (1).
  • the fins (A 13) of the network (Rlxyz) are physically and electrically connected to each other by each of their ends (A131) to form a three-dimensional network (Rlxyz). They are associated and grouped geometrically in a multiplicity of elementary cells (Cl).
  • the elementary cell volume (VI) of the majority of cells (Cl) located at the center of the network (Rlxyz) opens opposite the elementary volumes of neighboring cells by at least four, and preferably twelve, recesses (E) through their surface elementary (S). Each of the recesses (E) is surrounded by the lateral edge of fins belonging to its cell and common to neighboring cells.
  • a second metallic material in particular nickel, is electrodeposited on the primary network (Rlxyz).
  • the invention recommends making these electrodes (4, 5) by nickel electrodeposition on a network (Rlxyz) made of polyurethane.
  • the method consists first of all in producing a porous network plate (Rlxyz) of polyurethane wings according to the invention as described in FIG. 4 to Fig. 9. Next, an electrical conductivity is given to the polyurethane network (Rlxyz) by immersing it in a sensitization solution of the type: Sn Clj - 25 g ⁇ ; HCl - 40 ml ⁇ . We maintain the network
  • the network (Rlxyz) is maintained in the solution for 30 minutes. Then it is washed with water for 10 minutes.
  • a nickel plating is carried out.
  • two nickel anodes are placed in an electrolysis tank.
  • the network (Rlxyz) is placed between the two anodes in the tank.
  • the tank is filled with a solution having a composition of the type (in g / 1):
  • the anodes and the network (Rlxyz) are connected to the different poles of a DC generator. (Anodes at the positive pole, network (Rlxyz) at the negative pole).
  • the intensity of the deposition current is regulated at 0.5 AJd ⁇ fi for 7-10 minutes. 10 successive deposition cycles are carried out.
  • the skeleton consisting of the underlying dielectric material (md) is extracted by a calorific or chemical action on the external metallic surface of the three-dimensional network (R2xyz).
  • R2xyz an entirely metallic network
  • the underlying polyurethane structure is removed by thermal effect. To do this, we place the covered network nickel in a reducing atmosphere at a temperature of 1100 ° C for 4 hours. The network (R2xyz) is then ready.
  • the electrostatic module consists of a network (Rxyz) with polyurethane fins and the electrodes consist of a network (R'xyz) with an initial base of subsequently metallized polyurethane, produced according to the above process.
  • the internal geometry of the cells (CD) of the electrostatic module (2) and those (CE) of the electrodes (4, 5) is identical and conforms to that given in section Fig. 8.
  • the geometry of the external surface (SI, S2) of the network (R2xyz) of the electrodes (4, 5) and that (Ll, L2) of the network (Rxyz) of the module (2) is almost identical. This appears with reference to Figs. 21 and Fig. 22.
  • the networks (Rxyz) and (R'xyz) are made up of cells (C) with a quasi-polyhedral structure (dodecahedral), the internal cavity of which is of elongated spherical (ellipsoidal) shape.
  • the main axes of the cells (C) are oriented substantially in the same direction.
  • the average ratio between the dimensions (DU and D12) of the ellipsoids along their main perpendicular axes is approximately 1.1 - 1.3.
  • the cells are positioned according to their highest density distribution and have twelve neighboring cells. They are pierced with twelve recesses.
  • Fig. 12 shows, in a magnified manner, an outer portion of the lateral contact face (L1) of the electrostatic module (2).
  • the tips (in nozzles) (21, 22) of the lateral contact surface (L1, L2) of the electrostatic module (2) consist of the section of a multitude of elementary cells (CDe) of the external wall (L1) of the three-dimensional network (Rxyz). These sectioned parts are distributed on the surface of at least one of the lateral faces (L1, L2), and providing, in line with each sectioned external cell (CDe), a multitude of nozzles (TDe), having pointed edges (21, 22) of substantially circular shape opposite the corresponding lateral support face (SI, S2) of the electrodes.
  • CDe elementary cells
  • Rxyz three-dimensional network
  • Fig. 18 allows a better understanding of the operation of the generator (1).
  • the stream (W) of the flow (F) passes within the network (Rxyz) of the electrostatic module (2) through a chain succession alternating in large numbers (more than 3) on the one hand with local gradient fields of pressure (grad Pn), on the lower surface (in) of the fins (An) of the network (Rxyz), and on the other hand of local electrostatic field gradients (En) on the trailing edges (bn).
  • Local pressure gradients (grad Pn) create local impaction zones (ZPn), surrounding pressure action points (An). These are distributed (in a network) sequentially along the outer surface of the vein (W).
  • electrostatic action points (Bn) are located in a geometrical position offset transversely with respect to the corresponding pressure action points (An), both in the mean local direction (xx'n ) global flow (U) and in the local direction (yy'n) perpendicular to the flow (U),
  • the fluid stream (W) surrounding the particles (P, p) is therefore first subjected to the local action of the pressure gradient (grad Pi) located upstream of the flow, with a view to deflecting it, before entering the electrostatic influence zone (ZEn) located further downstream.
  • grad Pi pressure gradient
  • a first advantage of the generator (1) according to the invention is that it provides an amplified recurrent multi-localized electrostatic influence and a selective filtration, according to their size, of the particles (P, p) aerosol within a flow (F ) carrier fluid (U).
  • a second advantage of the invention is that, at the level of each cell (Cn), selective filtration of large particles (P) of high mass is carried out by preferential impaction at the level of the impaction surfaces (Zpn), before d '' perform a physical electrostatic action (including filtration or chemical action) on small particles (p) of low mass, this by preferential electrostatic attraction at the electrostatic influence zones (ZEn).
  • the generator (1) according to the invention ensures better spatial selectivity of action on the particles as a function of their size.
  • a third advantage of this arrangement is that the large particles (P) tend to deposit mainly in "passive" areas of the central part of the lower surface (in) of the wings (An) and in the interior volume (Vn) cells (Cn), therefore in zones different from the "active" zones of electrostatic influence (ZEn).
  • the volume inside the cells is such that the capacity for accumulation of large particles (P) is large. So that the electrostatic generator (1) according to the invention has less tendency to be blocked by large particles (P) than are the systems of the prior art.
  • the efficiency of the electrostatic action is more stable. The maintenance period is extended.
  • a fourth advantage is that the significant amplification effect of the electrostatic field of the generator (1) according to the invention allows a greater physical action on the small particles (p) than do the systems of the prior art.
  • An unexpected advantage has also been noted, namely that the physical efficiency of an electrostatic generator (1) according to the invention increases considerably when the particle size (p) drops below 1 micron.
  • a fifth advantage of the generator according to the invention is that, with equal efficiency of an equivalent system according to the prior art, and the fact that it amplifies the effect of electrostatic field, it can have larger cells. So that its pressure drop and its energy consumption are less important.
  • a sixth advantage of the generator according to the invention is that its physical action on the particles (p, P) takes place more deeply. This increases efficiency and decreases the rate of blockage by large particles.
  • a seventh advantage of the generator according to the invention is that because the large particles (P) have little influence on the electrostatic action zones (Zen), the physical action is almost constant. We obtain more reliability and little decrease in performance over time. Thus a generator according to the invention can be used without particular maintenance for a period of 5 years in a conventional atmosphere of rooms where the density of aerosols is less than 1 mg / m3.
  • an eighth advantage of the generator according to the invention is that the zones (Zen) with a strong electrostatic field gradient are very concentrated. So that at equivalent efficiency, a generator according to the invention generates less ozone than a system according to the prior art.
  • An electrostatic generator according to the invention can advantageously be used in all applications where it is advisable to subject aerosol particles, and in particular very fine particles, within a fluid to an intense electrostatic action, in order to obtain a result. physical, chemical, ...
  • a common application consists in advantageously replacing all types of electro-filter, obtaining higher performance with less power consumption and increased and more stable efficiency for particles smaller than 1 micron. This results in performance equivalent to a ULPA filter but with increased reliability.

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Abstract

Générateur volumique (1) de champ électrostatique chaotique (E), localement amplifié, pour soumettre un fluide (U) chargé de particules aérosol (P, p) à l'action d'un champ électrostatique (E) à forte variation locale d'amplitude et d'orientation. Ce générateur (1) comprenant: un module électrostatique influencé (2), constitué d'un matériau diélectrique poreux (md), deux électrodes poreuses d'influence électrostatique (4, 5), une source de courant électrique (6), et un moyen (3) de mise en surpression du fluide. Le module électrostatique (2) est constitué d'un réseau en mailles tridimensionnel (Rxyz) présentant au moins localement une périodicité (ou pseudo-périodicité) tridimensionnelle dans au moins trois directions. Chaque maille du réseau est constituée d'une cellule élémentaire convexe extérieurement et concave intérieurement évidée en son centre pour englober un volume cellulaire vide élémentaire (V1) ramassé, c'est-à-dire de dimensions (dx1, dy1, dz1) transversales du même ordre de grandeur dans les trois directions. Préférentiellement, il est constitué d'une pluralité d'ailettes physiquement et électriquement reliées entre elles sous la forme d'un réseau dodécaédrique. Le générateur (1) a des applications dans la filtration d'air et la chimie.

Description

Titre de l'invention
TRAITEMENT ELECTROSTATIQUE D'AEROSOLS, DISPOSITIFS ET PROCEDE DE FABRICATION
5 Domaine technique de l'invention
L'invention se rapporte au domaine technique des dispositifs de traitement d'air, et plus spécifiquement aux dispositifs pour soumettre un fluide chargé de particules aérosol (poussières ou molécules spécifiques, ...) à l'action d'un champ électrostatique à fortes variations d'amplitude et d'orientation, en vue d'effectuer une action électromagnétique
10 spécifique sur ces particules. Cette action électromagnétique sur les particules peut avoir pour but des conséquences mécaniques, physiques ou chimiques, ...
Le dispositif générateur de champ électrostatique selon l'invention est du type constitué d'un module électrostatique poreux en matériau diélectrique, disposé en sandwic entre deux électrodes conductrices poreuses, mises sous une tension électrique différente, pour induire
15 une répartition de charges et un champ électrique à l'intérieur du module électrostatique. Le fluide chargé est poussé au travers du sandwich poreux notamment à l'aide d'un ventilateur. De tels dispositifs d'action électrostatique sur des particules aérosol sont actuellement principalement utilisés pour filtrer électro statiquement des particules transportées par un flux d'air. Mais ils utilisent un module électrostatique non organisé en réseau tridimensionnel et 0 dont la géométrie propre des cellules est aléatoire. Ils mettent en oeuvre un champ électrostatique localement faiblement amplifié et à faibles variations d'amplitude et d'orientation.
Le module électrostatique d'un générateur selon l'invention est constitué d'un réseau en mailles, dont les mailles ont une périodicité tridimensionnelle organisée et dont les cellules 5 de maille ont une structure évidée convexe extérieurement, concave intérieurement et ramassée, de géométrie répétitive particulière pour aboutir à l'effet d'amplification et à la structure de champ électrostatique désirée.
Etat de la technique antérieure
Le dispositif d'action électrostatique amplifiée de l'invention a des applications beaucoup 0 plus larges que celles du domaine de la filtration. Néanmoins, l'art antérieur le plus proche est essentiellement constitué par les filtres électrostatiques de poussières. En conséquence, l'analyse de l'art antérieur ci-après est restreinte à ce domaine technique et plus généralement aux différentes techniques de filtration de poussières. Pour des raisons médicales, sanitaires et de pureté de l'air, il est souhaitable de filtrer les 5 petites particules de l'air et notamment les poussières industrielles, pollens, bactéries, virus, champignons, algues, et autres fines poussières... En dehors des systèmes fonctionnant par gravitation (dépôt des particules du fait de leur poids) et des systèmes cyclones fonctionnant par effet de force centrifuge (qui sont tous deux utilisés dans certaines applications industrielles spécifiques et aboutissent à des systèmes de grand encombrement), les deux 0 méthodes les plus courantes pour assurer une décontamination des poussières de l'air consistent : - l'une à barrer le flux d'air à l'aide d'un média (filtre mécanique) ; - et l'autre à dévier et capturer les poussières par méthode électrostatique (électrofiltre). Selon la première méthode à filtre mécanique, l'air passe à travers un média filtrant poreux. On distingue: - des filtres mécaniques à filtration surfacique, - et des filtres mécaniques à 5 filtration en profondeur.
Dans le cas des filtres mécaniques à effet surfacique, le média est généralement constitué d'une feuille réalisée en fils métalliques tissés, d'un tissu en maille, d'un papier filtrant, ou d'une membrane... Le média présente des trous ou pores en surface. La taille des pores du média est choisie de manière que l'air passe à travers alors que du fait de leur taille, les « grosses particules » sont capturées et maintenues sur les fibres ou la matière du média. Bien qu'en pratique, les filtres mécaniques ont rarement des trous plus petits que la taille des particules qu'ils doivent capturer, ils agissent comme si. Les particules sont progressivement capturées sur les bords des trous et tendent à créer une paroi poreuse en pont sur le trou par agglutination. Les particules collectées s'agglutinent en surface du média filtrant et constituent progressivement un « gâteau » d'épaisseur croissante. Ainsi, à mesure de l'utilisation, le « gâteau » de particules collectées devient le filtre et le média initial le support du filtre. Dans le cas des filtres mécaniques à filtration en profondeur, les particules ne forment pas uniquement un gâteau cohérent en surface, mais les particules sont agglutinées sur une certaine profondeur au voisinage de la surface du média. Un exemple de tel filtre est constitué par les filtres de cigarettes. Le média présente une certaine épaisseur et ses fibres ne sont pas tissées pour former une surface, mais sont réunies en épaisseur selon des directions plus ou moins aléatoires. Lorsque le fluide rencontre une fibre placée sensiblement transversalement, le flux est dévié autour de la fibre, mais une partie des particules, qui sont plus denses que le gaz, ont tendance à être moins déviées. Elles percutent la fibre au lieu de suivre le gaz. La séparation des poussières s'effectue par impaction inertielle sur les fibres. Les particules capturées sont ensuite, en partie, maintenues sur place du fait de forces électrostatiques de Van der Wals.
Dans les applications nécessitant une efficacité extrême de filtration, tels que les salles blanches, on utilise une variante de filtre mécanique, mettant en oeuvre des cartouches à média filtrant plissé, appelés filtres à haute efficacité (HEP A) ou filtres à très haute efficacité (ULPA). La deuxième méthode, à filtre électrostatique ou électrofiltre, est basée sur le fait que des particules, ayant une certaine charge, sont attirées par une électrode collectrice de la charge opposée. Cette méthode a été largement utilisée dans l'industrie depuis son invention par F.G. Cottrell en 1910. On utilise un moyen préalable pour donner une charge électrostatique aux particules, et, à l'aide d'un champ électrostatique, on précipite ces particules chargées sur une paroi collectrice ou un média collecteur maintenu sous tension électrique de signe opposé. Il existe principalement deux classes de structures de filtres électrostatiques: - ceux à un étage, - et ceux à deux étages. Il existe également deux variantes de moyens de précipitation électrostatique : - celle à électrodes chargées sous tension générée extérieurement par alimentation électrique, - et celle à auto-chargement électrostatique, chargées par le frottement d'air.
Les électrofiltres à un étage, ou filtre chargé électrostatiquement, sont réalisés selon la variante à auto-chargement, selon laquelle leur média filtrant accumule une charge électrostatique du fait du passage du flux d'air au travers du média qui les constitue. Ils utilisent généralement également le fait que les particules sont préalablement chargées électrostatiquement du fait du frottement avec l'air. Ils sont à faible coût et faible efficacité. Les électrofiltres à deux étages, également appelés précipitateurs électrostatiques, ont une complexité, un coût et une efficacité accrues. Ils comportent un étage de charge électrique par effet corona des particules et un étage de précipitation. Dans l'étage de charge électrique, l'air passe à travers une zone d'ionisation constituée d'un ou plusieurs fils portés à haute tension électrique pour générer un champ électrostatique intense, au sein duquel les particules sont chargées électriquement par ionisation. Puis le flux d'air comprenant les particules chargées passe à travers un second étage de collection. On distingue deux types de filtres électrostatiques à deux étages, suivant la structure de l'étage collecteur de particules chargées (- à plaques, - ou à média filtrant). Selon le premier type de filtre électrostatique, à plaques parallèles mais champ électrique transversal au flux, (utilisé principalement dans le traitement des effluents gazeux industriels), le collecteur est formé d'une pluralité parallèle alternée de plaques portées sous forte tension électrique et de plaques mises à la terre, orientées parallèlement au flux d'air. Les particules chargées sont déviées perpendiculairement au trajet du flux du fait du champ électrique transversal, perpendiculaire aux plaques et donc au flux. De ce fait, elles sont précipitées sur les plaques.
Selon un second type de filtre électrostatique, à média filtrant, l'étage collecteur est constitué d'une ou plusieurs grilles ou électrodes poreuses (généralement mises sous tensions électriques alternées) et séparées par des plaques d'un média collecteur poreux filtrant. La grille et les plaques sont situées perpendiculairement au flux d'air. Le champ est sensiblement longitudinal ou faiblement incliné vis-à-vis du trajet du fluide. Ce type d' électrofiltres est utilisé principalement pour un usage domestique, notamment dans le domaine de l'air conditionné et du chauffage.
Parmi les différents types de filtres connus et plus généralement parmi les systèmes électrostatiques de l'art antérieur, les filtres électrostatiques à média transversal, et auxiliairement les filtres mécaniques à filtration en profondeur, sont structurellement les plus proches du dispositif électrostatique selon l'invention. Un premier défaut majeur des filtres mécaniques ou électrostatiques à média filtrant est que les particules les plus petites et notamment les particules microbiennes (bactéries et virus) passent au travers des pores, en sorte que l'efficacité des filtres mécaniques décroît considérablement en fonction de la taille des particules traitées.
Si l'on souhaite néanmoins filtrer des particules de très petite taille, notamment des bactéries et des virus, on doit réduire la taille des pores dans la même proportion ou rendre plus dense les fibres. La conséquence est une perte de charge de pression importante au passage du média filtrant qui entraîne une consommation d'énergie considérablement amplifiée.
En sorte qu'un deuxième défaut des filtres mécaniques ou électrostatiques à média filtrant est qu'ils occasionnent une perte de charge et une consommation d'énergie importante. Un troisième défaut des filtres mécaniques ou électrostatiques est que l'efficacité filtrante des méthodes physiques mise en œuvre par les médias filtrants (qu'ils fonctionnent par impaction, diffusion ou effet électrostatique) est faible. En sorte que la porosité des médias filtrants (taille des pores) doit être du même ordre de grandeur ou, en tout cas, elle doit être suffisamment faible par rapport à la taille des particules à filtrer. Cela a pour conséquence que les médias filtrants utilisés ont un faible ratio de porosité (volume vide des pores sur volume de matière filtrante). Ceci est défavorable et occasionne : - une efficacité faible en profondeur, - un volume de rétention faible par rapport à l'épaisseur du média, et donc par rapport à la perte de charge engendrée, - et un bouchage rapide des pores qui rend rapidement inefficace le filtre à média filtrant. Un quatrième défaut des filtres à média filtrant, qu'ils soient mécaniques et à « effet de surface » ou « en profondeur » ou électrostatiques, est qu'ils retiennent les grosses particules plus en surface qu'en profondeur. Ils agissent essentiellement en surface ou sur une épaisseur faible au voisinage de la face d'entrée. Il se forme rapidement - soit un « gâteau » en surface,
- soit une couche de grosses poussières, agglutinées entre les fibres, de densité décroissante avec la profondeur du média qui, dans les deux cas, colmate progressivement la porosité du média, diminue considérablement sa section des pores, accroît la perte de charge et diminue le débit et l'efficacité du filtre.
Un cinquième défaut, qui découle des précédents, est que les médias filtrants nécessitent un nettoyage complet du média ou un changement fréquent de ce média (cartouches de filtre HEPA ou ULPA, ...). Ceci est à la fois : - coûteux, - et très difficile à mettre en oeuvre de manière fiable. Ceci est le cas notamment dans les usines agroalimentaires, hôpitaux où un grand nombre de filtres doivent être maintenus ou avoir leur média changé périodiquement du fait d'un bouchage progressif.
Un sixième défaut des filtres à média filtrant est leur mauvaise fiabilité. En effet, l'efficacité et le colmatage des médias filtrants sont très sensibles à l'ambiance de l'air et notamment à son humidité et à la concentration de particules. Ces paramètres sont souvent aléatoires et dans la pratique très difficiles à prendre en compte dans l'évaluation de la périodicité de maintenance nécessaire. Un septième défaut, propre aux filtres électrostatiques, qu'ils soient du type à plaques ou à média filtrant, est lié à la déposition des grosses particules sur les électrodes ou sur les parties actives du média filtrant, ce qui a pour conséquence la baisse progressive de l'efficacité du filtre par effet diélectrique (comme décrit ci-après). La conséquence du dépôt
5 de particules est la construction progressive d'une pellicule diélectrique de poussière en surface. Les forces adhésives, de cohésion électrique, doivent être suffisantes pour prévenir l'entraînement de ces particules dans le flux d'air. Une des propriétés de la couche de poussière, extrêmement importante dans l'opération d'un électrofiltre, est la résistance électrique de cette couche. En raison du spectre très large des particules filtrées, la résistance électrique peut varier de 10exp-3 à 10expl4 ohm.cm. Quand la résistance est très faible
(inférieure à 10exp4 ohm.cm), il y a mouvement très rapide de charges entre les poussières déposées et la plaque conductrice. Une charge électrostatique insuffisante reste au sein des particules collectées pour les retenir. Il en résulte des ré-entraînements fréquents de particules et l'efficacité de l'électro filtre en souffre. À l'opposé, si la résistance de la pellicule de poussière est trop grande et supérieure à lOexplO ohm.cm, l'efficacité de l'électrofiltre baisse considérablement. En effet, une fraction importante de la variation de potentiel électrique intervient au travers de la pellicule de poussière à haute résistance et non dans l'air. Du fait de cette baisse de tension, les particules sont moins attirées. En outre la résistance électrique de la couche varie dans le temps. En conséquence, un huitième défaut des filtres électrostatiques à plaques ou à média filtrant est que leur efficacité électrostatique diminue au cours du temps.
Un neuvième défaut des filtres à air électrostatiques à média filtrant de l'art antérieur est qu'ils ne permettent pas d'avoir une sélectivité spatiale de capture de particules suivant leur taille, c'est-à-dire que les particules de toute taille sont capturées quasiment uniformément dans chaque zone du média. Les grosses particules (et les petites) se déposent uniformément sur la surface de capture du média filtrant. Progressivement les petites particules comme les grosses sont (uniformément) de moins en moins capturées. En d'autre terme la filtration des petites particules est gênée du fait de l'encombrement du média par les grosses particules. Lorsque l'air comporte un large spectre de tailles de particules, l'action sur les petites particules est progressivement rendue inefficace du fait du colmatage par les grosses particules.
Il est largement connu de placer des médias filtrants poreux en sandwich entre deux électrodes poreuses mises sous des tensions électriques différentes dans le but de créer un champ électrique au sein du média filtrant, ainsi que de faire passer perpendiculairement, au travers du sandwich, un flux d'air chargé de particules. Il s'agit de la structure classique de l'étage de collection d'un filtre électrostatique à média transversal. Le brevet US 3,999,964 décrit un filtre à air électrostatique à média transversal de ce type, comprenant un média constitué d'un matériau poreux pris en sandwich entre deux grilles à surface en V et perforées. L'une des grilles est portée sous une tension de 6000 V, l'autre placée à la terre. L'air est forcé à travers le sandwich constitué des deux grilles et du média. Le brevet US 5,108,470 décrit également un système de ce type. Un tel système est également décrit dans le brevet US 5,330,559. Une application de cette technique est également décrite dans le brevet européen WO 93/23171 au nom des inventeurs.
Les brevets US 5,368,635 et US 5,540,761 décrivent un tel système dont la particularité est en outre de ralentir le gaz au niveau du média, de façon à permettre un mouvement transversal accru des particules, d'accroître l'efficacité de capture et de permettre d'augmenter la taille des pores en limitant de ce fait la vitesse de bouchage des pores par les poussières. Ils recommandent dans une variante d'utiliser un média constitué par association de fibres conductrices et/ou isolantes placées aléatoirement de façon à ménager des trous dans lesquels se développent « des champs intenses ». Différents types de matériaux sont proposés (papier, fibre de verre, fibres naturelles, ...) dont la structure est essentiellement aléatoire, c'est-à-dire sans organisation géométrique définie. Il est également connu de constituer un électrofiltre à média transversal en faisant passer un flux d'air chargé de particules au travers d'un média collecteur poreux, auto-chargé électrostatiquement (électrofiltre à un étage), dont le média collecteur comprend un ensemble de canaux constitué par la structure aléatoire en mousse cellulaire du média. Il est notamment connu d'utiliser une mousse synthétique à cellules ouvertes comme média filtrant. Ainsi, le brevet US 4,115,082 propose, pour constituer un filtre électrostatique, de placer deux feuilles adjacentes, réalisées en « mousse synthétique à cellules ouvertes », de recouvrir l'ensemble par deux feuilles de fibres en résine synthétique capables de maintenir une charge négative, et de placer l'ensemble entre deux séries de baguettes de plastique acrylique, capables de développer une charge positive électrostatique. Le brevet US 5,336,299 décrit un électrofiltre auto-chargé du même type, dont le média filtrant est constitué d'une « pellicule centrale en nid d'abeille de plexiglas ».
L'art antérieur ne s'intéresse ni à la géométrie globale particulière de l'assemblage des cellules du matériau poreux utilisé (périodicité), ni à l'organisation interne de chacune de ces cellules (géométrie). Ainsi, le brevet US 4,115,082 recommande d'utiliser « une mousse à cellules ouvertes en polyuréthane » sans se préoccuper de l'importance de la géométrie particulière ou de l'organisation des cellules. De même pour le brevet US 5,336,299.
Il est connu de faire passer le fluide au travers de canaux parallèles à large section rectangulaire allongée. Un électrofiltre de ce type est décrit dans le brevet US 4,007,024. Les canaux de passage sont ménagés entre une pluralité de plaques collectrices parallèles allongées espacées les unes des autres et incluant un fil ionisant en leur centre. Un système équivalent est décrit dans le brevet US 5,198,003. Un système équivalent est également décrit dans le brevet US 5,484,473.
Il est connu de faire passer le fluide au voisinage de plaques parallèles allongées que l'on peut qualifier d'"ailes" inclinées par rapport au trajet du fluide et munies de bords de fuite effilés. Le brevet US 4,007,024 décrit de telles plaques parallèles, munies d'un bord de fuite en forme de flèche, de façon à faire diverger et ralentir le fluide. Ces « ailes » ne sont pas organisées de manière tridimensionnelle mais bidimensionnelle.
Il est connu par l'art antérieur d'utiliser comme média collecteur un matériau en "nid d'abeille" constitué de canaux parallèles que l'on peut qualifier de cellules allongées ouvertes parallèles. Le brevet US 4,205,969 propose de placer un média collecteur constitué d'une ou plusieurs plaques d'un matériau diélectrique en "nid d'abeille" entre deux électrodes métalliques également en « nid d'abeille ». Le matériau en « nid d'abeille » est constitué de canaux parallèles allongés débouchant l'un dans l'autre, dans l'axe du fluide ou faiblement inclinés. Une telle particularité est également décrite dans le brevet US 3,988,131. Ces cellules ont une répétitivité bidimensionnelle et non tridimensionnelle. Il est connu de faire passer le fluide entre des plaques parallèles larges et longues, soumises à des différences de potentiel. Un électrofiltre à deux étages et à plaque de ce type est décrit dans le brevet US 4,259,093. Dans ce cas, la répétitivité est mono-dimensionnelle. II est connu de donner au média filtrant la forme d'une couche à structure fine ouverte, en fils tissés. Le brevet US 5,037,455 propose une telle structure réalisée en polypropylène tissé. Ce média ne ménage pas de cellules.
Il est connu par l'art antérieur d'utiliser comme surface collectrice un ensemble de canaux parallèles très allongés en forme de tubes, placés entre des électrodes; les canaux et les électrodes étant parallèles au mouvement du fluide. Le brevet US 4,234,324 propose une telle structure. Le brevet US 5,198,003 décrit également une structure voisine, de même que le brevet US 4,284,420.
Il est connu de placer un média filtrant fin de type HEPA entre des électrodes sous tension pour accroître son efficacité de filtration. Ceci est décrit dans le brevet US 4,357,150 et le brevet US 4,509,958.
Il est connu par l'art antérieur de placer un matériau micro poreux en poudre disposé selon une géométrie aléatoire entre deux électrodes à des potentiels différents et de faire passer un fluide chargé de particules au travers. Un tel dispositif est décrit dans le brevet US 4,244,710, dans lequel le matériau micro poreux en poudre est constitué notamment par du charbon.
Il est connu par l'art antérieur de soumettre un fluide à un chemin tortueux, au travers d'un matériau diélectrique poreux placé entre deux électrodes sous tension et de mettre en oeuvre au sein de ce diélectrique des champs inclinés localement. Un tel dispositif est décrit dans le brevet US 4,759,778.
Il est connu de munir les électrodes d'un électrofiltre à média filtrant de pointes mais ceci dans le but de favoriser l'ionisation des particules de l'air. Ceci est notamment décrit dans le brevet US 5,573,577. Mais l'art antérieur ne considère pas de combinaison particulière entre des électrodes à pointes coopérant avec une géométrie particulière également à pointes du média filtrant pour accroître l'effet de champ à l'intérieur du média.
Résumé de l'invention
L'invention se rapporte à un générateur volumique de champ électrostatique chaotique assurant une amplification locale du champ électrostatique, pour soumettre un fluide chargé de particules aérosol à l'action d'un champ électrostatique à forte variation locale d'amplitude et d'orientation. Un générateur de champ électrostatique selon l'invention est du type connu comprenant :
- un module électrostatique influencé, constitué d'un matériau poreux,
- deux électrodes d'influence électrostatique placées en vis-à-vis, écartées les unes des autres, de part et d'autre du module électrostatique,
- une source de courant électrique,
- au moins deux conducteurs reliant les bornes de la source aux électrodes, et un moyen de mise en surpression du fluide pour assurer son écoulement au travers des électrodes et du module électrostatique. Dans certaines applications, on peut adjoindre en amont du générateur un ionizateur pour préalablement charger électriquement les particules et accroître leur interaction avec le champ électrostatique généré.
L'invention concerne principalement une amélioration à la structure constitutive du module électrostatique du générateur de champ électrostatique. Dans sa mise en œuvre générale, l'invention recommande d'utiliser un module électrostatique constitué d'un réseau en mailles tridimensionnel, présentant (au moins localement) une périodicité (ou pseudo-périodicité) tridimensionnelle (dans au moins trois directions). Selon l'invention, chaque maille du réseau tridimensionnel est constituée d'une cellule élémentaire convexe extérieurement, évidée en son centre et donc concave intérieurement, pour englober un volume cellulaire vide élémentaire ramassé. C'est-à-dire que les dimensions transversales du volume cellulaire sont du même ordre de grandeur dans les trois directions. Selon l'invention, le volume cellulaire vide élémentaire de la majorité des cellules situées au centre du module électrostatique débouche en regard des volumes vides élémentaires de cellules voisines par au moins quatre évidements au travers de leur surface élémentaire. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, le module électrostatique est constitué par assemblage d'une pluralité d'ailettes à portions longilignes, constituées d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur. Les ailettes possèdent une section transversale fine, peu large, d'épaisseur très inférieure à leur dimension longitudinale, et comprennent au moins un bord latéral de fuite allongé et effilé. Les ailettes sont physiquement et électriquement reliées entre elles par chacune de leurs extrémités pour constituer un réseau tridimensionnel diélectrique. Le réseau peut avoir, dans les trois directions, soit une maille strictement répétitive, soit une maille quasi répétitive (quasi-réseau). Les ailettes sont associées et regroupées géométriquement pour constituer une multiplicité de cellules élémentaires (mailles du réseau). Les ailettes intérieures au module électrostatique sont majoritairement communes à plusieurs cellules élémentaires. Selon cette variante préférée de l'invention, la majorité des ailettes associées, appartenant à une même cellule intérieure au module électrostatique, entourent et jouxtent tangentiellement, par au moins l'une de leurs faces longitudinales latérales, une surface élémentaire englobant un volume cellulaire vide élémentaire. Une particularité importante de l'invention est que les volumes élémentaires internes aux cellules ont une structure convexe et ramassée. On entend par ramassé le fait que les dimensions transversales du volume cellulaire élémentaire sont du même ordre de grandeur dans les trois directions géométriques. On entend par convexe le sens mathématique géométrique selon lequel les volumes élémentaires ont une forme globale proche d'une boule stricte ou faiblement déformée, d'un ellipsoïde ou d'un volume parallelepipédique régulier et non allongé, tel, par exemple - un tuyau, - ou un volume non structuré tel que celui constitué par les interstices ménagés entre une multitude de fibres regroupées aléatoirement. Enfin, les évidements de communication entre cellules voisines sont entourés par le bord latéral d'ailettes appartenant à sa cellule et communes à des cellules voisines. Un générateur de champ électrostatique selon l'invention comporte, à l'intérieur de son module électrostatique, une pluralité tridimensionnelle de zones d'influence électrostatique, réparties en réseau tridimensionnel, périodique ou pseudo-périodique. Dans la mise en oeuvre préférée de l'invention décrite ci-dessus, les zones d'influence sont situées sensiblement autour des volumes cellulaires et au voisinage des bords de fuites des ailettes, à l'interface entre les cellules.
Ces zones d'influence électrostatiques que remontent les particules présentent de fortes variations locales d'amplitude du champ électrostatique par rapport à l'intensité moyenne évaluée sur la totalité du module électrostatique, et/ou de fortes variations d'orientation du champ électrostatique par rapport à l'orientation moyenne du champ électrique, évaluée sur la totalité du module électrostatique.
Dessins et ligures
La figure 1 montre de manière globale les différents éléments constitutifs d'un générateur électrostatique selon l'invention.
Les figures 2 et 3 montrent un assemblage d'ailettes selon la variante préférée de l'invention pour constituer la structure en réseau tridimensionnel de son module électrostatique.
Les figures 4 et 5 montrent les particularités de constitution d'une maille du réseau du module électrostatique.
Les figures 6 à 8 et 10 montrent l'organisation d'un type de réseau du module électrostatique selon l'invention, obtenue par intersection de sphères à épaisseur mince de parois. Les figures 9 et 11 montrent une autre variante du module électrostatique selon l'invention, obtenue par assemblage en réseau de polyèdres (dodécaèdres) à faces percées.
Les figures 12 et 13 montrent en perspective la paroi latérale et l'intérieur du réseau d'un module électrostatique selon l'invention.
Les figures 14 à 19 montrent de manière schématique, très simplifiée pour rendre aisée la compréhension (en dimension 2), la structure géométrique et la structure de champ électrostatique rencontrées par un flux d'air au passage au travers d'un module électrostatique selon l'invention.
La figure 20 décrit en vue transversale, de manière simplifiée (en grossissant la taille des cellules du réseau) une variante préférée pour la réalisation du module électrostatique et des électrodes du module électrostatique selon l'invention.
Les figures 21 et 22 montrent la vue extérieure d'une version préférée d'un module électrostatique et d'électrodes selon l'invention.
Description détaillée de mise en œuvre de l'invention
En référence à la Fig. 1, on voit la constitution générale d'un générateur électrostatique (1) selon l'invention. Le générateur volumique (1) de champ électrostatique chaotique (E = El, E2, E3, ...) selon l'invention est constitué de manière classique d'un module électrostatique influencé (2), de deux électrodes d'influence électrostatique (4, 5), placées en vis-à-vis de part et d'autre du module électrostatique (2), d' une source de courant électrique (6), et de deux conducteurs (7, 8) reliés aux électrodes (4, 5) et à la source de courant (6). Le module électrostatique influencé (2) est constituée d'un matériau diélectrique ou semiconducteur (md). Il a préférentiellement une forme plate et une géométrie interne poreuse et perméable au passage de fluides (U). Il présente, de part et d'autre, au moins deux surfaces latérales de contact (Ll, L2) en vis-à-vis. Ses deux électrodes d'influence électrostatique (4, 5) sont constituées d'un matériau conducteur (me). Elles sont préférentiellement de forme plate. Leur géométrie est poreuse et perméable au passage de fluides (U). Elles sont placées en vis-à-vis, écartées les unes des autres et sont en contact de part et d'autre du module électrostatique (2). Elles coopèrent chacune par l'une de leurs faces latérales d'appui (SI, S2) avec l'une des deux faces latérales de contact (Ll, L2) du module électrostatique (2).
La source de courant électrique (6) comprend au moins deux bornes métalliques (B+, B-) de différence de potentiel électrique assez élevé entre elles. Pour des applications de filtration de poussière, l'invention recommande d'utiliser une source de courant générant des tensions de B+ = +5000 V et B- = - 5000 V. Les deux fils électriques conducteurs (7, 8) sont reliés chacun par une extrémité (9, 10) à une des bornes de potentiel (B+, B-) et/ou à la terre , et à l'autre extrémité (11, 12) à l'une différente des électrodes (4, 5) de polarisation. Dans la variante représentée, un des deux conducteurs (7) est constitué partiellement par la terre (G).
De cette manière, et comme cela apparaît Fig. 5, on crée entre les deux électrodes (4, 5) et donc à l'intérieur du module polarisable (2), une répartition de charges (q) sur la surface (Sd) de son matériau constitutif (md). Par voie de conséquence, on crée une répartition volumique de champ électrique (E) interne.
On utilise un ventilateur axial (3) comme moyen de mise en surpression du fluide (U) pour assurer son écoulement au travers du sandwich constitué des électrodes (4, 5) et du module électrostatique (2).
La variante préférée par l'invention de réalisation du générateur volumique (1) de champ électrostatique chaotique (E) selon l'invention apparaît Fig. 2 et 3. Le module électrostatique (2) est constitué d'une pluralité d'ailettes A = (..., A13, A14, A15,..., An, ...) à portions longilignes, constituées d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur (md). Les ailettes (An) possèdent une section transversale (St) fine, peu large, et d'épaisseur (e) très inférieure à leur dimension longitudinale (1). Elles comprennent au moins un bord latéral de fuite (bn) allongé et effilé, orienté dans la direction (xn, x'n) de la longueur des ailettes (An). Comme cela apparaît plus en détail sur un mode particulier de réalisation Fig. 7, une section transversale d'ailette (An) présente, au voisinage de son bord de fuite (bn), un faible rayon (Rn) local transversal de courbure.
On constate en références aux Fig. 3 à 6 que les ailettes (..., A13, A14, A15, ....An, ...) sont physiquement et électriquement reliées entre elles par chacune de leurs extrémités (A13_l, A13_2, A14_l, A15_l, ....) pour constituer un réseau tridimensionnel diélectrique (Rxyz). Elles sont associées et regroupées géométriquement pour constituer une multiplicité de cellules élémentaires (Cl,..., C16, C17, ...). Les ailettes (A13) intérieures au module électrostatique (2) sont majoritairement communes à plusieurs cellules élémentaires ( ..., C1,..., C17, ...).
Les Fig. 4 et 5 montrent que la majorité des ailettes (..., A13, A14, A15, ...) associées appartenant à une même cellule (Cl) intérieure au module électrostatique (2) entourent et jouxtent tangentiellement, par au moins l'une de leurs faces longitudinales latérales (si 13/1, si 14/1, si 15/1, ....), une surface élémentaire virtuelle (SI) propre et intérieure à chaque cellule élémentaire (Cl). Les cellules (Cl,...) sont globalement convexes extérieurement et concaves intérieurement. En se référant aux Fig. 4 à Fig. 6, il apparaît que la géométrie de cette surface élémentaire (SI) est fermée, pour englober un volume cellulaire vide élémentaire (VI) convexe extérieurement, concave intérieurement et ramassé. C'est-à-dire que les dimensions (dxl, dyl, dzl) transversales d'un volume cellulaire (VI) sont du même ordre de grandeur dans les 5 trois directions (x, y, z) géométriques. En se référant à la Fig. 5, on constate que le volume cellulaire vide élémentaire (VI) de la majorité des cellules (Cl) situées au centre du module électrostatique (2) débouche en regard des volumes vides élémentaires (V16, V17, ...) de cellules voisines (C16, C17, ...) par au moins quatre évidements (el6, el7, el8, el9, ...) au travers de leur surface élémentaire (SI). En référence à la Fig. 3, il apparaît que chacun des évidements (el6) est entouré par le bord latéral (bl61, bl72, ...) d'ailettes (..., A16, A17...) appartenant à sa cellule (Clé) et communes à des cellules voisines (Cl 6, C17, ...).
En référence aux Fig. 14 et Fig. 18, on a schématisé de manière très simplifiée (en dimension 2), l'action d'un générateur électrostatique (1) selon l'invention, sur la veine (W) d'une portion du flux d'air chargé de particules (P) traversant le module électrostatique (2). On comprendra que la symbolisation en dimension 2 utilisée n'est pas strictement représentative de la réalité mais en donne une approche visuellement compréhensive. Des mesures faites et des calculs électromagnétiques montrent qu'à l'intérieur du module électrostatique (2) se trouve une pluralité tridimensionnelle de zones d'influence électrostatique, (ZE) = (ZE1, ZE2, ZE3, ZE4, .., ZEn), réparties en réseau tridimensionnel, sensiblement autour des volumes cellulaires (VI,...) et au voisinage des bords de fuites (bn) des ailettes. Une représentation tridimensionnelle de la structure de champ (El, E2, E3, E4, ...) dans les zones d'influence électrostatique, (Zl, Z2, Z3, Z4, ...) au voisinage d'un évidement de la cellule (Cl) est donnée en Fig. 5. La différence de potentiel électrique entre les électrodes (4, 5) induit une polarisation importante du diélectrique (md) constituant le module électrostatique (2). Comme cela est schématisé Fig. 14 et Fig. 15, il a été démontré par des mesures que la combinaison entre la répétitivité tridimensionnelle et la forme convexe extérieurement, concave intérieurement et ramassée des cellules (Cl) du réseau (Rxyz) d'ailettes (An) induit un résultat inattendu sous l'effet de cette polarisation électrostatique. Comme cela apparaît Fig. 15, on constate le long d'une veine (W) de fortes variations locales d'amplitude du champ électrostatique (E) au travers du matériau diélectrique (md) et donc sur le trajet de la veine (W), ce par rapport à l'intensité moyenne (Em) évaluée sur la totalité du module électrostatique (2). Sous une tension entre électrodes (4, 5) de (B-) = - 5000 V et (B+) = + 5000 V, soit sous une différence de potentiel de 10000 V, et pour une épaisseur de module électrostatique (2) de lcm, le champ moyen (Em) a une intensité moyenne d'environ 10000 V/cm. A l'intérieur d'un module électrostatique (2) selon l'invention, on a évalué par le calcul et mesuré que le champ électrostatique (El, E2, ....) atteint au voisinage des pointes constituées par les bords de fuite (bn) des ailettes (An) des intensités de 300000 V/cm dans des zones d'influences (ZE1, ZE2, ...) entourant les bords de fuite de ces ailettes. On obtient donc un effet d'amplification locale de champ électrique très important, d'un facteur supérieur à 30 fois. Un autre résultat inattendu apparaît en référence à la Fig. 16. On constate, le long d'une veine (W), de fortes variations d'orientation ( oc ) du champ électrostatique (E) par rapport à l'orientation moyenne (α = 0) du champ électrique évaluée sur la totalité du module électrostatique (2). L'orientation du champ électrique (E) au voisinage des bords de fuites (bn) prend pratiquement toutes les valeurs angulaires (de -90° a + 90 °). Comme cela est décrit géométriquement Fig. 17 et Fig. 18, et électrostatiquement Fig. 19, les particules (P,p) des veines (W) de fluide (U) subissent donc, au passage de module (2), l'action d'un champ (E) extrêmement chaotique, à variation d'intensité et d'orientation considérablement accrue par rapport aux systèmes de l'art antérieur.
Selon une première variante préférée de l'invention, représentée Fig. 4 les ailettes (A13, A14, A15) apparaissant également Fig. 5, et constituant le réseau tridimensionnel (Rxyz) du module électrostatique (2), ont sensiblement la même forme et les mêmes dimensions. Selon une deuxième variante de l'invention, représentée Fig. 9 et Fig. 11, les ailettes (A13, A 15, ...) sont connectées en un réseau tridimensionnel (Rxyz), à mailles constituées de cellules (Cl, C16, C17, ...) sensiblement polyédriques reliées entre elles. Les inventeurs ont constaté qu'une structure dodecaedrique donnait d'excellents résultats. 5 Selon une troisième variante préférée de l'invention, représentée Fig. 2 à Fig. 4, les évidements (el6, el7, el8, el9,...) entre les volumes élémentaires internes adjacents (Cl,
C16, C17 ) du module électrostatique (2) sont majoritairement de forme sensiblement circulaire ou elliptique.
Selon une quatrième variante préférée de l'invention, représentée également Fig. 2 à 5, les 10 ailettes (A13, A14, A15, ...) constituant le réseau tridimensionnel (Rxyz) du module électrostatique (2) ont des dimensions longitudinales (1) relatives et sont physiquement reliées entre elles dans une configuration telle que les surfaces élémentaires (tangentes intérieurement aux ailettes) (SI, S16, S17, ...) des cellules intérieures (Cl, C16, C17, ...) du réseau tridimensionnel (Rxyz) sont sensiblement de forme quadratique fermée (c'est-à-dire 15 sphérique ou ellipsoïde). En sorte que les volumes cellulaires vides élémentaires (VI, VI 7, ...) intérieurs du réseau tridimensionnel (Rxyz) ont sensiblement une forme convexe vide de boule ou ovoïde.
Selon une cinquième variante préférée de l'invention, les ailettes du réseau tridimensionnel (Rxyz) du module électrostatique (2) ont des dimensions longitudinales (1) relatives et sont 20 physiquement reliées entre elles dans une configuration telle que les surfaces élémentaires quadratiques (SI, S16, S17, ...) fermées des cellules intérieures (Cl, C16, C17, ....) du réseau (Rxyz) sont sensiblement réparties selon leur géométrie dite de plus grande compacité, tel que cela est décrit Fig. 4 et Fig. 5.
Une méthode de mise en oeuvre de l'invention qui est apparue particulièrement simple est
25 décrite Fig. 10. Elle consiste à réaliser le réseau tridimensionnel (Rxyz) par rapprochement, intersection et union de formes quadratiques fermées (Cl, Cl 6, Cl 7, ...) de faible épaisseur et notamment de sphères et ou d'ellipsoïdes. Cela peut être réalisé notamment par combinaison entre une action chimique et une action de pression sur une mousse de matière plastique en formation.
30 Selon une sixième variante représentée Fig. 11, le réseau tridimensionnel (Rxyz) est réalisé par rapprochement et union de formes initialement indépendantes globalement polyédriques
(PI, P16, P17, ...) de faible épaisseur, dont une majorité des faces (F) est percée d'un évidement (e). Les polyèdres (PI, ...) sont assemblés entre eux, en contact physique, de manière telle que leurs évidements (e) communiquent.
35 Selon une septième variante préférée de l'invention, apparaissant Fig. 2 à 4, les ailettes (A13,
A14, A15, A16, ...) constituant le réseau tridimensionnel (Rxyz) de son module électrostatique (2) ont des dimensions longitudinales relatives (1) et sont physiquement reliées entre elles dans une configuration telle que les surfaces élémentaires fermées (SI,
S16, S17, ...) des cellules intérieures (Cl, C16, C17, ...) du réseau (Rxyz) sont sensiblement
40 réparties de telle manière qu'une majorité des volumes élémentaires cellulaires (VI, ...) internes au réseau (Rxyz) débouchent en regard de 12 volumes élémentaires (VI 6, VI 7, ...) de cellules voisines (C16, C17, ...) par 12 évidements (el6, el7, ...) au travers de leurs surfaces élémentaires (S 16, S 17, ...). On peut réaliser le réseau de telle manière que les cellules soient sensiblement réparties sous une forme dite "cubique face centrée".
45 Les inventeurs ont constaté que, pour réaliser l'invention, on pouvait avantageusement utiliser du polyuréthane comme matériau diélectrique (md) constitutif des ailettes (Al 3,
A14, A15, ...) du réseau tridimensionnel (Rxyz) du module électrostatique (2).
Selon une huitième variante préférée de l'invention, les inventeurs ont vérifié par des mesures d'efficacité d'amplification électrostatique que comme cela est décrit Fig. 19 et Fig.
5020, il est préférable qu'au moins une des faces latérales de contact (Ll, L2) du module électrostatique (2) (et de préférence les deux), en contact avec une face latérale d'appui (SI,
S2) correspondante d'une des électrodes (4, 5), soit recouverte sensiblement uniformément d'une pluralité de formes acérées (TD) présentant des pointes (21, 22) à faible rayon de courbure, réparties sur cette face latérale (Ll, L2). Les pointes (21, 22) sont en contact avec la face d'appui correspondante (SI, S2) de l'électrode en regard (4, 5). Les inventeurs ont également constaté par des mesures que, comme cela est décrit Fig. 19 et Fig. 20, il est préférable qu'au moins une des faces latérales d'appui (SI, S2) d'une au moins 5 des électrodes de polarisation (4, 5) (et de préférence des deux), en contact avec une face latérale de contact (Ll, L2) du module électrostatique (2), soit recouverte sensiblement uniformément d'une pluralité de pointes (31, 32) réparties sur cette face latérale d'appui (SI, S2). Ces pointes (31, 32) sont en contact avec la face de contact correspondante (Ll, 22) du module électrostatique (2), et interagissent avec les pointes (21, 22) du module électrostatique (2).
On montre par le calcul et on a mesuré que, de cette manière, on accroît l'effet local d'amplification du champ électrique (E) au sein du module électrostatique (2) ainsi que l'amplitude des variations locales d'intensité du champ électrique (Ei) à l'intérieur des zones d'influence électrostatique (ZE) = (ZE1, ..., ZEi, ..., ZEn,...). Les inventeurs ont pu constater que l'efficacité du générateur électrostatique (1) est accrue et sa perte de charge est diminuée si, comme le décrit la Fig. 20, le module électrostatique diélectrique (2) et ses électrodes conductrices (4, 5) ont la même géométrie cellulaire. Selon cette huitième variante préférée de l'invention, le module électrostatique diélectrique (2) et les électrodes conductrices (4, 5) ont la même géométrie constituée d'un réseau d'ailettes (A13) fines et longilignes réunies par leurs extrémités (A131) et réparties en réseaux tridimensionnels (Rxyz) (R'xyz) tel que décrit Fig. 4 à Fig. 6. Les ailettes des deux réseaux ménagent une multitude de cellules (CD, CE) communicantes par des évidements (el3, ..) et entourant des volumes cellulaires élémentaires vides (VI) ramassés, de dimensions transversales du même ordre de grandeur dans les trois directions (dx, dy, dz). Le module électrostatique diélectrique (2) et les électrodes conductrices (4, 5) ont des ailettes (Al 3) de forme et dimensions (1) sensiblement identiques. En sorte que le module électrostatique diélectrique (2) et les électrodes conductrices (4, 5) sont constitués de cellules (CD, CE) de géométrie et dimensions sensiblement identiques. Ils diffèrent par leur matériau constitutif (diélectrique, conducteur). Selon une neuvième variante préférée de l'invention décrite en référence à la Fig. 20, on constate que les pointes (21, 22) de la surface latérale de contact (Ll, L2) du module électrostatique (2) sont constituées par la section d'une multitude de cellules élémentaires (CDe) de la paroi externe du réseau tridimensionnel (Rxyz), réparties en surface d'une au moins des faces latérales (Ll, L2), et ménageant au droit de chaque cellule externe (CDe) sectionnée une multitude de tuyères (TDe), présentant des bords (21, 22) pointus, de forme sensiblement circulaire en regard de la face latérale d'appui (SI, S2) correspondante. De même, les pointes (31,32) de la surface latérale d'appui (SI, S2) de l'une au moins des électrodes (4, 5) (et de préférence des deux) sont en outre constituées (comme c'est le cas pour le module électrostatique) par la section d'une multitude de cellules élémentaires (CEe) de la paroi externe du réseau tridimensionnel (R'xyz) de cette électrode (4, 5) réparties en surface d'une au moins des faces latérales d'appui (SI, S2). Ces sections ménagent, au droit de chaque cellule externe (CEe) sectionnée, une multitude de tuyères métalliques (TEe), présentant des bords (31,32) pointus de forme sensiblement circulaire, situées en regard de la face latérale de contact (L 1,L2) correspondante. Le procédé recommandé de fabrication d'électrodes métalliques (4, 5) à amplification pour constituer le générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'invention consiste à réaliser tout d'abord un réseau primaire (Rlxyz) diélectrique ou semi-conducteur. Ce réseau (Rlxyz) est identique à celui décrit Fig. 4 à Fig. 9. Il est formé d'une pluralité d'ailettes (Al 3) constituées d'un matériau diélectrique (md) ou semi-conducteur. Les ailettes (A 13) du réseau (Rlxyz) possèdent une section transversale (St) fine, d'épaisseur (e) très inférieure à leur dimension longitudinale (1). Elles comprennent au moins un bord latéral de fuite (bn) allongé et effilé (c'est-à-dire à faible rayon local transversal de courbure) orienté dans le sens (xx') de leur longueur. Les ailettes (A 13) du réseau (Rlxyz) sont physiquement et électriquement reliées entre elles par chacune de leurs extrémités (A131) pour constituer un réseau tridimensionnel (Rlxyz). Elles sont associées et regroupées géométriquement en une multiplicité de cellules élémentaires (Cl). La majorité des ailettes (A13) associées, appartenant à une même cellule (Cl) intérieure au réseau (Rxyzl), entourent et jouxtent par 5 au moins l'une de leurs faces longitudinales latérales une surface élémentaire virtuelle intérieure (SI) de géométrie fermée, pour englober un volume cellulaire élémentaire (VI) vide convexe et ramassé. Le volume cellulaire élémentaire (VI) de la majorité des cellules (Cl) situées au centre du réseau (Rlxyz) débouche en regard des volumes élémentaires de cellules voisines par au moins quatre, et préférentiellement douze, évidements (E) au travers de leur surface élémentaire (S). Chacun des évidements (E) est entouré par le bord latéral d'ailettes appartenant à sa cellule et commune à des cellules voisines.
Pour réaliser le réseau primaire (Rlxyz), on procède préférentiellement par intersection d'une multitude (préférentiellement douze) de surfaces fermées matérielles S= (S I, .., Si, .., Sn, ...), ayant une enveloppe (2) de faible épaisseur (e), disposées sensiblement uniformément dans les 3 directions (x, y, z), et réalisées en un premier matériau (11) diélectrique et notamment constitué par du polyuréthane.
Puis, on effectue une électrodéposition d'un second matériau ( e) métallique, notamment du nickel, sur le réseau primaire (Rlxyz). On réalise ainsi un réseau tridimensionnel (R2xyz) à surface métallique extérieure. L'invention recommande de réaliser ces électrodes (4, 5) par électrodéposition de nickel sur un réseau (Rlxyz) en polyuréthane.
Le procédé consiste tout d'abord, à réaliser une plaque en réseau poreux (Rlxyz) d'ailes en polyuréthane selon l'invention tel que décrit Fig. 4 à Fig. 9. Ensuite on donne une conductibilité électrique au réseau (Rlxyz) de polyuréthane en le plongeant dans une solution de sensibilisation du type : Sn Clj - 25 gΔ; HCl - 40 mlΔ. On maintient le réseau
(Rlxyz) dans la solution pendant 10 minutes, puis on le lave à l'eau chaude pendant 10 minutes. On plonge ensuite le réseau (Rlxyz) pendant 5 minutes dans un réservoir comprenant une solution d'activation du type :Pd Cil - 0.5 gΔ HCl - 10 mlΔ. Puis, on le lave à l'eau chaude pendant 10 minutes. On dépose ensuite une couche chimique de nickel sur le réseau (Rlxyz). Pour ce faire on plonge le réseau dans une solution du type (en mlΔ):
NiS04 . 7H20 - 25
NaH2P02 . H20 - 25
NaP207. 10H2O - 50 NH40H (28% sol). - 23
On maintient le réseau (Rlxyz) dans la solution pendant 30 minutes. Puis on le lave à l'eau pendant 10 minutes.
Puis, on effectue une électrodéposition de Nickel. Pour ce faire, on place deux anodes de nickel dans un bac d'électrolyse. On place le réseau (Rlxyz) entre les deux anodes dans le bac. On remplit le bac avec une solution ayant une composition du type (en g/1) :
NiS04 . 7H20 - 250 1,4 butandiol - 0.15
NiCl2 - 50 Phthalimide - 0.12
H3BO3 - 30 PH -4.3 - 5.1
Les anodes et le réseau (Rlxyz) sont reliés aux pôles différents d'un générateur de courant continu. (Anodes au pôle positif, réseau (Rlxyz) au pôle négatif). On régule l'intensité du courant de déposition à 0.5 AJdπfi pendant 7-10 minutes. On effectue 10 cycles successifs de déposition.
Après électrodéposition métallique du matériau conducteur (me), on effectue une extraction du squelette constitué par le matériau sous-jacent diélectrique (md) par une action calorifique ou chimique sur la surface métallique extérieure du réseau tridimensionnel (R2xyz). Ainsi on réalise un réseau (R'2xyz) entièrement métallique. Préférentiellement, on retire la structure sous jacente de polyuréthane par effet thermique. Pour ce faire, on place le réseau recouvert de nickel dans une atmosphère réductrice à une température de 1100°C pendant 4 heures. Le réseau (R2xyz) est alors prêt.
Selon une onzième variante préférée de l'invention symbolisée Fig. 20, le module électrostatique est constitué d'un réseau (Rxyz) à ailettes en polyuréthane et les électrodes sont constituées d'un réseau (R'xyz) à base initiale en polyuréthane ultérieurement métallisée, réalisées selon le procédé ci-dessus. La géométrie interne des cellules (CD) du module électrostatique (2) et celles (CE) des électrodes (4, 5) est identique et conforme à celle donnée en coupe Fig. 8. La géométrie de la surface extérieure (SI, S2) du réseau (R2xyz) des électrodes (4, 5) et de celle (Ll, L2) du réseau (Rxyz) du module (2) est quasiment identique. Cela apparaît en référence aux Fig. 21 et Fig. 22.
Les réseaux (Rxyz) et (R'xyz) sont constitués de cellules (C) à structure quasi polyédrique (dodecaedrique) dont la cavité intérieure est de forme sphérique allongée (ellipsoïdale). Les axes principaux des cellules (C) sont orientés sensiblement dans la même direction. Le rapport moyen entre les dimensions (DU et D12) des ellipsoïdes selon leurs axes principaux perpendiculaires est d'environ 1,1 - 1,3. Les cellules sont positionnées selon leur répartition de plus grande densité et ont douze cellules voisines. Elles sont percées de douze évidements.
La Fig. 12 montre, de manière grossie, une portion extérieure de la face latérale de contact (Ll) du module électrostatique (2). On voit que les pointes (en tuyères) (21, 22) de la surface latérale de contact (Ll, L2) du module électrostatique (2) sont constituées par la section d'une multitude de cellules élémentaires (CDe) de la paroi externe (Ll) du réseau tridimensionnel (Rxyz). Ces parties sectionnées sont réparties en surface d'une au moins des faces latérales (Ll, L2), et ménageant au droit de chaque cellule externe (CDe) sectionnée une multitude de tuyères (TDe), présentant des bords (21, 22) pointus de forme sensiblement circulaire en regard de la face latérale d'appui (SI, S2) correspondante des électrodes.
La Fig. 18 permet de mieux comprendre le fonctionnement du générateur (1). La veine (W) du flux (F) passe au sein du réseau (Rxyz) du module électrostatique (2) au travers d'une succession enchaînée alternée en grand nombre (plus de 3) d'une part de champs de gradients locaux de pression (grad Pn), sur l'intrados (in) des ailettes (An) du réseau (Rxyz), et d'autre part de gradients locaux de champ électrostatique (En) sur les bords de fuite (bn). Les gradients locaux de pression (grad Pn) créent des zones d'impaction locale (ZPn), entourant des points (An) d'action de pression. Ceux-ci sont répartis (en réseau) séquentiellement le long de la surface extérieure de la veine (W). Dans ces endroits situés majoritairement sur l'intrados (in) des ailettes (An) se déposent principalement les plus grosses particules (P) qui adhèrent localement au matériau (md) par forces de Van der Wals. Les gradients locaux de champ électrostatique (En) sont principalement localement élevés au sein de zones d'influence électrostatique (ZEn) entourant des points (Bn) d'action électrostatique situés sur les bords de fuite (bn). Ceux-ci sont également répartis séquentiellement (en réseau) le long de la surface extérieure (S) de la veine (W). On constate que les points (Bn) d'action électrostatique sont situés dans une position géométrique décalée transversalement vis-à-vis des points (An) d'action de pression correspondants, ce à la fois selon la direction locale moyenne (xx'n) globale du Flux (U) et selon la direction (yy'n) locale perpendiculaire au Flux (U),
La veine de fluide (W) entourant les particules (P,p) est donc soumise d'abord à l'action locale du gradient de pression (grad Pi) situé en amont du flux, en vue de la dévier, avant de rentrer dans la zone d'influence électrostatique (ZEn) située plus en aval.
Avantage de l'invention par rapport à l'art antérieur
Un premier avantage du générateur (1) selon l'invention est qu'il assure une influence électrostatique multi-localisée récurrente amplifiée et une filtration sélective, selon leur taille, des particules (P,p) aérosol au sein d'un flux (F) de fluide porteur (U). Un deuxième avantage de l'invention est qu'on effectue, au niveau de chaque cellule (Cn), une filtration sélective des grosses particules (P) de masse élevée par impaction préférentielle au niveau des surfaces d'impaction (Zpn), avant d'effectuer une action électrostatique physique (et notamment une filtration ou une action chimique) sur les petites particules (p) de masse faible, ce par attraction électrostatique préférentielle au niveau des zones d'influence électrostatique (ZEn). C'est-à-dire que le générateur (1) selon l'invention assure une meilleure sélectivité spatiale d'action sur les particules en fonction de leur taille. Un troisième avantage de cette disposition est que les grosses particules (P) ont tendance à se déposer principalement dans des zones "passives" de la partie centrale de l'intrados (in) des ailes (An) et dans le volume intérieur (Vn) des cellules (Cn), donc dans des zones différentes des zones "actives" d'influence électrostatique (ZEn). Le volume intérieur aux cellules est tel que la capacité d'accumulation de grosses particules (P) est grande. En sorte que le générateur électrostatique (1) selon l'invention a moins tendance à être obturé par les grosses particules (P) que ne le sont les systèmes de l'art antérieur. L'efficacité de l'action électrostatique est plus stable. Le délai de maintenance est allongé.
Un quatrième avantage est que l'effet d'amplification important du champ électrostatique du générateur (1) selon l'invention permet une action physique plus importante sur les petites particules (p) que ne le permettent les systèmes de l'art antérieur. Il a d'ailleurs été constaté un avantage inattendu, à savoir que l'efficacité physique d'un générateur électrostatique (1) selon l'invention croît considérablement quand la taille des particules (p) baisse en dessous de 1 micron.
Un cinquième avantage du générateur selon l'invention est, qu'à efficacité égale d'un système équivalent selon l'art antérieur, et du fait qu'il amplifie l'effet de champ électrostatique, il peut avoir des cellules plus larges. En sorte que sa perte de charge et sa consommation d'énergie sont moins importantes.
Un sixième avantage du générateur selon l'invention est que son action physique sur les particules (p,P) s'effectue plus en profondeur. Ceci accroît l'efficacité et diminue la vitesse de bouchage par les grosses particules.
Un septième avantage du générateur selon l'invention est que du fait que les grosses particules (P) influencent peu les zones d'action électrostatique (Zen), l'action physique est quasi constante. On obtient plus de fiabilité et peu de décroissance de performance dans le temps. Ainsi un générateur selon l'invention peut être utilisé sans maintenance particulière pendant une période de 5 ans dans une atmosphère classique de pièces où la densité d'aérosols est inférieure à lmg/m3. Enfin, un huitième avantage du générateur selon l'invention est que les zones (Zen) à fort gradient de champ électrostatique sont très concentrées. En sorte qu'à efficacité équivalente, un générateur selon l'invention génère moins d'ozone qu'un système selon l'art antérieur.
Applications industrielles de l'invention
Un générateur électrostatique selon l'invention peut être utilisé avantageusement dans toutes les applications où il convient de soumettre des particules aérosol, et notamment de très fines particules, au sein d'un fluide à une action électrostatique intense, en vue d'obtenir un résultat physique, chimique, ...
Une application courante consiste à remplacer avantageusement tous les types d'électro filtre en obtenant des performances supérieures avec moins de consommation électrique et une efficacité accrue et plus stable pour les particules de taille inférieure à 1 micron. On aboutit alors à des performances équivalentes à un filtre ULPA mais avec une fiabilité accrue.
Une application inattendue du générateur électrostatique selon l'invention est liée à son action destructrice sur les liaisons chimiques faibles. Des tests privés effectués récemment par l'Institut russe des problèmes biologiques avec la participation de l'agence spatiale européenne et de l'agence spatiale japonaise ont montré une action très importante d'un générateur selon l'invention sur la destruction de molécules nocives situées dans l'air. Il a été démontré, suite à des tests pratiqués sur le générateur électrostatique selon l'invention, fonctionnant sous 10000V et utilisé pendant 30 jours dans un volume de 300 m3, que la concentration en certaines molécules gazeuses nocives de l'air variait de la manière suivante :
Figure imgf000017_0001
II ressort de tels essais la confirmation pratique du niveau important d'énergie libérée au niveau des zones de champ électrostatique amplifié au sein du module électrostatique, tel qu'il permet une destruction de liaison chimique.
Une application envisageable est la destruction chimique par méthode électrostatique de molécules nocives et une action sur les radicaux libres de l'air. La portée de l'invention doit être considérée par rapport aux revendications ci- après et leurs équivalents légaux, plus que par les exemples donnés ci dessus.

Claims

Revendications
1) Générateur volumique (1) de champ électrostatique chaotique (E = El, E2, E3, ...), localement amplifié, pour soumettre un fluide (U) chargé de particules aérosol (P,p) à l'action d'un champ électrostatique (E) à forte variation locale d'amplitude et d'orientation, ce générateur (1) comprenant: a) un module électrostatique influencé (2),
• constitué d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur (md),
• généralement de forme plate, « à géométrie poreuse et perméable au passage de fluides (U),
1 constituée d'un réseau en mailles tridimensionnel (Rxyz); " dont chaque maille du réseau est constituée d'une cellule élémentaire convexe, évidée et concave en son centre pour englober un volume cellulaire vide élémentaire (VI) ramassé, c'est-à-dire de dimensions (dxl^ dyl, dzl) transversales du même ordre de grandeur dans les trois directions (x, y, z);
" et dont le volume cellulaire vide élémentaire (VI) de la majorité des cellules (Cl) situées au centre du module électrostatique (2) débouche en regard des volumes vides élémentaires (VI 6, VI 7, ...) de cellules voisines
(C16, C17, ...) par au moins quatre (et de préférence douze) évidements (el6, el7, el8, el9) au travers de leur surface élémentaire (S 16).
• présentant de part et d'autre au moins deux surfaces latérales de contact (Ll, - L2) en vis-à-vis, b) deux électrodes d'influence électrostatique (4, 5),
• constituées d'un matériau conducteur (me), • généralement de forme plate,
• à géométrie poreuse et perméable au passage de fluides (U),
• placées en vis-à-vis, écartées les unes des autres, de part et d'autre du module électrostatique (2),
• et coopérant chacune par l'une de leurs faces latérales d'appui (SI, S 2) avec l'une des deux faces latérales de contact (Ll, L2) du module polarisable (2), c) une source de courant électrique (6) comprenant au moins deux bornes métalliques (B+, B-) de différence de potentiel électrique assez élevé entre elles, d) deux conducteurs (7,8),
• reliés chacun par une extrémité (9,10) à une des bornes de potentiel (B+,B-) et/ou à la terre, et à l'autre extrémité (11,12) à l'une différente des électrodes
(4, 5) de polarisation,
• pour générer entre les deux électrodes (4, 5) et donc à l'intérieur du module polarisable (2) , une répartition de charges (q) sur la surface (Sd) de son matériau constitutif (md) et par voie de conséquence une répartition volumique de champ électrique (E) interne,
• l'un des deux conducteurs (9) pouvant être constitué partiellement par la terre (G), e) un moyen (3) de mise en surpression du fluide pour assurer son écoulement au travers des électrodes (4, 5) et du module électrostatique (2) ; ce générateur volumique (1) de champ électrostatique chaotique (E) étant caractérisé en ce qu'en outre son module électrostatique (2) est constitué d'une pluralité d'ailettes (A = Al, A2, ...., An, ...) à portions longilignes, constituées d'un matériau diélectrique ou semiconducteur (md) :
A. dont les ailettes (An) possèdent une section transversale (St) fine, d'épaisseur (e) très inférieure à leur dimension longitudinale (1), et comprennent au moins un bord latéral de fuite (bn) allongé et effilé (c'est-à-dire à faible rayon (Rn) local transversal de courbure) orienté dans la direction (xn, x'n) de la longueur des ailettes (An), B. dont les ailettes (Al, ....A13, A14, A15, ....An, ...) sont physiquement et électriquement reliées entre elles par chacune de leurs extrémités (A13_l, A13_2, A14_l, A15_l, ....) pour constituer un réseau tridimensionnel diélectrique (Rxyz), et sont associées et regroupées géométriquement pour constituer une multiplicité de cellules élémentaires (C1,....,C16, C17, ....), présentant au moins localement une périodicité (ou pseudo-périodicité) tridimensionnelle dans au moins trois directions (Ox,Oy,Oz), C. dont les ailettes (A13) intérieures au module électrostatique (2) sont majoritairement communes à plusieurs cellules élémentaires ( ..., Cl,..., C17, ...),
D. dont la majorité des ailettes (A13, A14, A15, ...) associées appartenant à une même cellule (Cl) intérieure au module électrostatique (2) entourent et jouxtent tangentiellement, par au moins l'une de leurs faces longitudinales latérales (si 13/1, si 14/1, si 15/1, ....), une surface élémentaire virtuelle (Si) propre et intérieure à chaque cellule élémentaire (Cl), de géométrie fermée, pour englober un volume cellulaire vide élémentaire (VI) ramassé, c'est-à-dire de dimensions (dxl, dyl, dzl) transversales du même ordre de grandeur dans les trois directions (x, y, z) ;
E. dont le volume cellulaire vide élémentaire (VI) de la majorité des cellules (Cl) situées au centre du module électrostatique (2) débouche en regard des volumes vides élémentaires (V16, V17, ...) de cellules voisines (C16, C17, ...) par au moins quatre (et préférentiellement douze) évidements (el6, e!7, el8, el9) au travers de leur surface élémentaire (S 16),
F. et dont chacun des évidements (el6) est entouré par le bord latéral (bl61, bl62, bl63, ...) d'ailettes (..., A15...) appartenant à sa cellule (C16) et communes à des cellules voisines (C16. C17, ...) ; en sorte que le générateur (1) comporte, à l'intérieur de son module électrostatique (2) , une pluralité tridimensionnelle de zones d'influence électrostatique, (ZE) = (ZE1, ZE2, ZE3, ZE4, .., ZEn), réparties en réseau tridimensionnel, sensiblement autour des volumes cellulaires (VI) et au voisinage des bords de fuites (bn) des ailettes, et présentant localement :
• de fortes variations locales d'amplitude du champ électrostatique (E) par rapport à l'intensité moyenne (Em) évaluée sur la totalité du module électrostatique (2),
• et/ou de fortes variations d'orientation ( ) du champ électrostatique (E) par rapport l'orientation moyenne (α = 0) du champ électrique évaluée sur la totalité du module électrostatique (2).
2) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes (A13, A15) constituant le réseau tridimensionnel (Rxyz) de son module électrostatique (2) ont sensiblement la même forme et les mêmes dimensions. 3) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon les revendications 1 à 2 précédentes, caractérisé en ce que ses ailettes (A13, A15, ...) sont connectées en un réseau tridimensionnel (Rxyz) (notamment du type "cubique face centrée") à mailles constituées de cellules (Cl, C16, C17, ...) sensiblement polyédriques et notamment dodécaédriques. 4) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'une des revendications 1 à 3 précédentes, caractérisé en ce que les évidements (el6, el7, ...) entre volumes élémentaires internes adjacents (Cl, C16, C17, ....) de son module électrostatique (2) sont majoritairement de forme sensiblement circulaire ou elliptique.
5) Générateur volumique (1) de champ électrostatique, selon l'une des revendications 1 à 4 précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (A13, A14, A15, ...) constituant le réseau tridimensionnel (Rxyz) de son module électrostatique (2) ont des dimensions longitudinales (1) relatives et sont physiquement reliées entre elles dans une configuration telle que les surfaces élémentaires (tangentes intérieurement aux ailettes) (SI, S16, S17, ...) des cellules intérieures (Cl, C16, C17, ...) du réseau tridimensionnel (Rxyz) sont sensiblement de forme quadratique fermée (sphérique ou ellipsoïde), en sorte que les volumes cellulaires vides élémentaires (VI, VI 7, ...) intérieurs du réseau tridimensionnel (Rxyz) ont sensiblement une forme vide de boule ou ovoïde.
6) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon la revendication 5 précédente, caractérisé en ce que les ailettes (A13, A14, A15, ...) constituant le réseau tridimensionnel (Rxyz) de son module électrostatique (2) ont des dimensions longitudinales (1) relatives et sont physiquement reliées entre elles dans une configuration telle que les surfaces élémentaires quadratiques (SI, S 16, S 17, ...) fermées des cellules intérieures (Cl, C16, C17, ....) du réseau sont sensiblement réparties selon leur géométrie dite de plus grande compacité. 7) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon la revendication 6 précédente, dont le réseau tridimensionnel (Rxyz) est réalisé par rapprochement, intersection et union de formes quadratiques fermées (Cl, C16, C17, ...) de faible épaisseur et notamment de sphère et ou d'ellipsoïdes.
8) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon la revendication 3 précédente, dont le réseau tridimensionnel (Rxyz) est réalisé par rapprochement et union de formes globalement polyédriques (PI, P16, P17, ...) de faible épaisseur, dont une majorité des faces (F) est percée d'un évidement (E), et assemblés entre eux en contact de manière que leurs évidements (E) communiquent.
9) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'une des revendications 1 à 8 précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (A13, A14, A15, A16, ...) constituant le réseau tridimensionnel (Rxyz) de son module électrostatique (2) ont des dimensions longitudinales relatives (1) et sont physiquement reliées entre elles dans une configuration telle que les surfaces élémentaires fermées (SI, S 16, S 17, ...) des cellules intérieures (Cl, Cl 6, Cl 7, ...) du réseau (Rxyz) sont sensiblement réparties de telle manière qu'une majorité des volumes élémentaires cellulaires (VI, ...) internes au réseau (Rxyz) débouchent en regard de 12 volumes élémentaires (V16, V17, ...) de cellules voisines (C16, C17, ...) par 12 évidements (el6, el7, ...) au travers de leurs surfaces élémentaires (S 16, S 17, ...).
10) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'une des revendications 1 à 9 précédentes, caractérisé en ce que le matériau diélectrique (md) constitutif des ailettes
(A13, A14, A15, ...) du réseau tridimensionnel (Rxyz) de son module électrostatique (2) est du polyuréthane.
11) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'une des revendications 1 à 10 précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des faces latérales de contact (Ll, L2) du module électrostatique (2) (et de préférence les deux), en contact avec une face latérale d'appui (SI, S2) correspondante d'une des électrodes (4, 5), est recouverte sensiblement uniformément d'une pluralité de formes acérées (TD) présentant des pointes (21, 22) à faible rayon de courbure, réparties sur cette face latérale (Ll, L2) et en contact avec la face d'appui correspondante (SI, S2) de l'électrode en regard (4, 5), de manière à accroître l'effet local d'amplification de champ électrique (E) au sein du module électrostatique (2) ainsi que l'amplitude des variations locales de l'intensité du champ électrique (Ei) à l'intérieur des zones d'influence électrostatique (ZE) = (ZE1, ..., ZEi, ..., ZEn,...).
12) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon la revendication 11 caractérisé en ce que les pointes (21, 22) de la surface latérale de contact (Ll, L2) de son module électrostatique (2) sont constituées par la section d'une multitude de cellules élémentaires (CDe) de la paroi externe du réseau tridimensionnel (Rxyz), réparties en surface d'une au moins des faces latérales (Ll, L2), et ménageant au droit de chaque cellule externe (CDe) sectionnée une multitude de tuyères (TDe), présentant des bords (21, 22) pointus de forme sensiblement circulaire en regard de la face latérale d'appui (SI, S2) correspondante.
13) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'une des revendications 1 à 12 précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des faces latérales d'appui (SI, S2) d'une au moins des électrodes de polarisation (4, 5) (et de préférence des deux), en contact avec une face latérale de contact (Ll, L2) du module électrostatique (2), est recouverte sensiblement uniformément d'une pluralité de pointes (31, 32) réparties sur cette face latérale d'appui (SI, S2), ces pointes (31, 32) étant en contact avec la face de contact correspondante (Ll, 22) du module électrostatique (2), de manière à accroître l'effet local d'amplification de champ électrique (E) au sein du module électrostatique (3) ainsi que l'amplitude des variations locales d'intensité du champ électrique (Ei) à l'intérieur des zones d'influence électrostatique (ZE) = (ZE1, ..., ZEi, ..., ZEn,...).
14) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que son module électrostatique diélectrique (2) et ses électrodes conductrices (4, 5) ont la même géométrie constituée : • d'un réseau d'ailettes (A13) fines et longilignes réunies par leurs extrémités (A131), réparties en réseaux tridimensionnels (Rxyz) (R'xyz),
• et ménageant une multitude de cellules (CD, CE) communicantes par des évidements (el3, ..), et entourant des volumes cellulaires élémentaires vides (VI) ramassés, de dimensions transversales du même ordre de grandeur dans les trois directions.
15) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon la revendication 14, caractérisé en ce que son module électrostatique diélectrique (2) et ses électrodes conductrices (4, 5) ont des ailettes (A13) de dimensions (1) sensiblement identiques.
16) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que son module électrostatique diélectrique (2) et ses électrodes conductrices (4, 5) sont constitués de cellules (CD, CE) de géométrie et dimensions sensiblement identiques.
17) Générateur volumique (1) de champ électrostatique selon la revendication 13 caractérisé en ce que les pointes (31, 32) de la surface latérale d'appui (SI, S2) de l'une au moins de ses électrodes (4, 5) (et de préférence des deux) sont en outre constituées par la section d'une multitude de cellules élémentaires (CEe) de la paroi externe du réseau tridimensionnel (R'xyz) de cette électrode (4, 5), réparties en surface d'une au moins des faces latérales d'appui (SI, S2), et ménageant au droit de chaque cellule externe (CEe) sectionnée une multitude de tuyères métalliques (TEe), présentant des bords (31, 32) pointus de forme sensiblement circulaire en regard de la face latérale de contact (Ll, L2) correspondante.
18) Procédé de fabrication d'électrodes métalliques (4, 5) à amplification pour constituer le générateur volumique (1) de champ électrostatique selon l'une des revendications 15 à 16 précédentes, ledit procédé étant caractérisé en ce que : A. on réalise tout d'abord un réseau primaire (Rlxyz) diélectrique ou semiconducteur : constitué d'une pluralité d'ailettes (Al 3) constituées d'un matériau diélectrique (md) ou semi-conducteur, dont les ailettes (Al 3) possèdent une section transversale (St) fine, d'épaisseur (e) très inférieure à leur dimension longitudinale (1), et comprennent au moins un bord latéral de fuite (bn) allongé et effilé (c'est-à-dire à faible rayon local transversal de courbure) orienté dans le sens (xx') de leur longueur, dont les ailettes (A 13) sont physiquement et électriquement reliées entre elles par chacune de leurs extrémités (A131) pour constituer un réseau tridimensionnel (Rlxyz), et sont associées et regroupées géométriquement en une multiplicité de cellules élémentaires (Cl), dont la majorité des ailettes (A13) associées appartenant à une même cellule (Cl) intérieure au réseau (Rxyzl) entourent et jouxtent par au moins l'une de leurs faces longitudinales latérales une surface élémentaire virtuelle intérieure (SI) de géométrie fermée, pour englober un volume cellulaire élémentaire (VI) vide ramassé, c'est-à-dire de dimensions transversales du même ordre de grandeur dans les trois directions; dont le volume cellulaire élémentaire (VI) de la majorité des cellules (Cl) situées au centre du réseau (Rlxyz) débouche en regard des volumes élémentaires de cellules voisines par au moins quatre évidements (E) au travers de leur surface élémentaire (S), et dont chacun des évidements (E) est entouré par le bord latéral d'ailettes appartenant à sa cellule et commune à des cellules voisines; B. puis, on effectue une électrodéposition d'un second matériaux (me) métallique, notamment du nickel, sur le réseau primaire (Rlxyz), afin de réaliser un réseau tridimensionnel (R2xyz) à surface métallique extérieure.
19) Procédé selon la revendication 18 de fabrication d'électrodes métalliques (4, 5) à amplification, caractérisé en ce que pour réaliser le réseau primaire (Rl yz) on procède par intersection d'une multitude de surfaces fermées matérielles S= (Sl,..,Si,.., Sn, ...), ayant une enveloppe (2) de faible épaisseur (e), disposées sensiblement uniformément dans les 3 directions (x, y, z), et réalisées en un premier matériau (11) notamment diélectrique et constitué par du polyuréthane.
20) Procédé selon la revendication 18 de fabrication d'électrodes métalliques (4, 5) à amplification pour constituer générateur volumique (1) de champ électrostatique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'après électrodéposition métallique du matériau conducteur (me), on effectue une extraction du squelette constitué par le matériau sous- jacent diélectrique (md) par une action calorifique ou chimique sur la surface métallique extérieure du réseau tridimensionnel (R2xyz), pour constituer un réseau (R'2xyz) entièrement métallique.
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