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APPAREIL POUR LA PRECIPITATION PAR EFFET ELECTROSTATIQUE DE PARTICULES
SOLIDES ET LIQUIDES SE TROUVANT'DANS'UN COURANT 'DE CAZ
Cette invention concerne un appareil pour la précipitation, par effet électrostatique, de particules solides-ou liquides en suspens dans un courant de gaz. Dans des appareils connus de construction analogue, le courant de gaz passe à proximité d'électrodes séparatrices, entre lesquel- les le champ électrique est si fort que des effluves luminescentes se pro-' duisent sur les électrodes.
Il s'ensuit une ionisation des molécules de gaz traversant le séparateur ainsi qu'un courant ionisateur entre les élec- trodes, et, par conséquent, une élévation de la charge statique des parti- cules entraînées par le courant d'air= Sous l'effet du champ électrique, ces particules chargées se dirigent sur les électrodes et sont ainsi élimi- nées.
Des appareils de ce genre ont, par principe, le désavantage de nécessiter une tension élevée et les effluves luminescentes produisent de l'ozone et d'autres gaz indésirables. Pour cette raison, les séparateurs de ce genre ne conviennent pas pour la purification de l'air dans des instal- lations de climatisation et ne peuvent être utilisés pour des gaz ou des mélanges de vapeurs inflammables, ou des mélanges de poussières explosives.
Une autre exécution connue pour précipiter des particules de l'air par effet électrostatique possède une chambre spéciale d'ionisation des molécules de gaz pour charger les particules entraînées par le courant d'air. Celles-ci sont précipitées sur des électrodes dans une seconde cham- bre. Mais ici également, l'ionisation des gaz est obtenue par effluves lu- minescentes produites autour d'électrodes en fils très fin. Le courant des gaz n'étant pas soumis aussi longtemps aux effluves luminescentes, la pro- duction d'ozone et d'autres gaz indésirables n'est pas aussi forte lors de la purification d'un courant d'air. La production d'ozone est cependant assez forte pour exclure l'emploi de ces purificateurs d'air dans des
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installations de climatisation à circulation interne d'air sans apport d'air frais.
Les gaz nocifs sont également gênants dans de nombreuses applications industrielles de ces appareils et les dangers d'explosion ne sont aucunement diminués dans cette construction.
L'appareil, selon l'invention, pour précipiter les particules solides et liquides d'un courant continu de gaz, est caractérisé par l'uti- lisation d'un canal pour diriger le courant de gaz, contenant, après l'en- trée des gaz, des sources radioactives servant à ioniser les molécules de gaz et à charger les particules solides et liquides entraînées par le cou- rant de gaz, et est caractérisé, d'autre part, par un système d'électrodes placé en travers du courant de gaz raccordé à une source de tension élec- trique produisant un champ électrique en travers du courant de gaz, de sor- te que les particules solides et liquides en suspens dans le courant de gaz sont déviées en travers du courant de gaz et se déposent sur les élec- trodes ;
il est caractérisé également par un champ électrique assez faible pour éviter que ne se forment des effluves luminescentes et des étincelles.
Cet appareil convient donc également pour des mélanges explosifs de poussières, de vapeurs ou de gaz..La formation d'ozone ou d'autres gaz gênants peut être complètement évitée, de sorte qu'un appareil selon cette invention peut sans inconvénient être utilisé dans une installation de cli- matisation à circulation fermée d'air sans apport d'air frais.
L'ionisation des molécules de gaz par des sources radioactives est obtenue, selon le genre des substances radioactives utilisées, par l'é- mission de particules alpha et de particules négatives béta, tandis que les émissions de photones gamma de plusieurs corps ne sont pas aussi effi- caces. Aussi bien les particules alpha que les particules béta engendrent par choc surtout des ions de gaz positifs très nombreux, tandis que les é- lectrons libérés à la suite de l'ionisation par choc ne produisent que peu d'ions de gaz négatifs. A leur tour, par suite de l'agitation thermique, les ions de gaz transmettent leur charge électrostatique aux particules en suspens dans le courant de gaz.
L'énergie cinétique des particules émises par les substances radioactives est si grande que la tension utilisée dans le système d'électrodes n'influence pratiquement pas leur trajectoire, indépendamment de leur polarité.
Les figures 1 à 6 représentent des exécutions de cet appareil avec ionisateur radioactif pour la précipitation de particules solides ou liquides.
La figure 1 représente le principe de l'éliminateur de cons- truction cylindrique.
La figure 2 donne un exemple de l'exécution de la source radio- active.
La figure 3 montre une construction cylindrique du dispositif de précipitation des particules, avec rinçage, appareil haute tension et commande automatique des soupapes.
La figure 4 représente en principe une combinaison d'ionisa- tion et dispositif de précipitation des particules en forme de. caissons rectangulaires.
La figure 5 donne un exemple du dispositif de précipitation des particules composé d'un système d'électrodes en forme de plaques et d'un ionisateur rectangulaire.
La figure 6 représente une exécution analogue à la figure 5.
La figure 7 représente schématiquement un exemple d'exécution du dispositif de précipitation des particules avec ionisateur radioactif à contre-courant.
Le principe d'un dispositif de précipitation des particules a- vec ionisateur radioactif cylindrique est représenté par la figure 1
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Le courant de gaz 1, à débarrasser de ses impuretés solides et liquides, traverse un tube métallique 2 dans le centre duquel se trouve une-baguette métallique 3; ce tube et cette baguette sont isolés l'un de l'autre et for- ment une paire d'électrodes reliées à la source de tension 4. Peu après l'entrée du tube se trouve, sur la surface intérieure, une couehe annulai- re relativement étroite 5 de matière radioactive, émettant surtout des particules alpha.
L'émission concentrique de ces particules alpha par la couche radioactive 5 en direction de l'électrode intérieure 3 produit l'io- nisation intense désirée des molécules de gaz, traversant la section; il en résulte, en grande partie, des ions de gaz à charge positive. L'élec- trode négative extérieure 2, opposée à l'électrode intérieure 3, exerce une attraction sur les ions de gaz à charge positive, de sorte qu'il s'éta- blira un courant d'ions en direction de l'électrode négative. Ce courant d'ions ne traverse pas seulement le plan de la section radioactive, mais se meut tout au long du système d'électrodes, pour autant que ces ions soient entraînés par le courant des gaz.
Un tel courant d'ions en travers du cou- rant des gaz a, par expérience, pour effet de charger positivement-les cor- puscules solides et liquides du courant de gaz, pratiquement indépendamment de leurs grandeur et diamètre. Ces particules, ayant ainsi reçu une charge positive, sont soumises, tout le long du système d'électrodes, par suite du potentiel négatif du cylindre extérieur par rapport à l'électrode intérieure, a-une force de déviation en travers du courant des gaz et' elles se dirigent vers l'électrode extérieure, où elles sont précipitées sur la surface inté- rieure de celle-ci et y restent collées.
En réglant convenablement entre elles la vitesse du courant des gaz, l'intensité alpha, la largeur de la zone radioactive et la longueur des électrodes, on parvient pratiquement à éliminer toutes les particules entraînées par le courant des gaz. La ten- sion aux électrodes et le champ électrique à proximité immédiate de l'élec- trode intérieure peuvent être suffisamment bas pour éviter certainement tou- te décharge luminescente.
Afin d'obtenir l'effet désiré d'ionisation radioactive pour char- ger les particules solides et liquides du courant des gaz, il n'est pas né- cessaire qu'il existe un champ électrique dans la section plane de rayonne- ment radioactif.Sans nuire au fonctionnement du système des électrodes (fig.
1), il est possible de raccourcir l'électrode intérieure de façon que le courant des gaz 1, après avoir pénétré dans le cylindre extérieur, traverse d'abord la section plane de rayonnement radioactif et ensuite seulement le champ électrique entre les électrodes intérieure et extérieure. Dans ce cas, les molécules des gaz sont ionisées par radioactivité dans l'espace soumis au rayonnement et provoquent de'leur côté, sans qu'un courant ionisateur se produise, de charger d'électricité les particules solides et liquides entraînées par le courant des gaz, ceci par suite de l'agitation thermique constante des ions de gaz et du chemin libre relativement court de ceux-ci.
Mais comme la distance parcourue par les particules alpha, spécialement importantes, est réduite dans les gaz et n'est que de quelques centimètres, on choisira le rapport des diamètres du tube métallique 2 et de l'électrode intérieure 3 de telle façon que la distance radiale libre entre les deux électrodes ne soit pas plus grande que la distance maximum parcourue par une particule alpha.
La couche radioactive sur la face intérieure de l'électrode ex- térieure de la figure 1, si importante pour le fonctionnement de l'appareil pour la précipitation de particules solides ou liquides selon la présenté' invention, est représentée comme exemple à la figure-2 par sa projection ho- rizontale et par sa section. L'exécution d'une telle source radioactiveest déjà connue et utilisée pour d'autres applications. Par procédé électrolyti- que ou par un autre moyen, la substance radioactive 5 est répandue en pou- dre très fine sur une base métallique en forme de ruban 10, ayant toutefois sur les deux côtés un bord non-actif La couche active 5 est recouverte d'une fine feuille métallique 13, soit, par exemple, en or.
Celle-ci est fixée sur la base par laminage, soit par un autre procédé, mais de façon que la couche radioactive soit hermétiquement enfermée. La couverture 10
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est si fine qu'une minime partie seulement des particules alpha nécessaires est absorbée, mais ne permettant cependant pas au gaz radon, qui se produit lors de la désagrégation radioactive, de s'échapper.
Le ruban métallique 10, représenté schématiquement à la figure 2, avec couche radioactive 5, est fixé sur la surface interne de l'électro- de extérieure du cylindre 2 de telle façon que la surface active, avec la fine membrane qui la protège, soit dirigée vers l'intérieur du système d'électrodes cylindriques. Ainsi, aucun obstacle ne gêne le rayonnement des particules alpha, tandis que l'électrode extérieure contribue à affaiblir le rayonnement vers l'extérieur. Lorsque des produits radioactifs intenses sont utilisés, un écran additionnel sous forme d'anneau en plomb est fixé à l'extérieur de l'électrode 2.
Le même effet d'ionisation radioactive, selon la disposition de principe de la fig. 1, est obtenu lorsque la couche radioactive 5 en for- me d'anneau est disposée sur la surface extérieure de l'électrode inférieure 3, au lieu de la fixer sur la surface intérieure de l'électrode extérieure 2. Dans ce cas, la couche active doit évidemment être dirigée vers l'exté- rieur pour l'irradiation radioactive de l'espace entre les électrodes dispo- sées de façon concentrique, mais il faut encore que la production d'ions de gaz par unité d'espace radioactif soit à peu près la même qu'avec la dispo- sition de la couche radioactive représentée à la figure 1.
Un exemple de construction d'un éliminateur cylindrique avec ionisateur radioactif est représenté à la figure 3. Le courant gazeux, à débarrasser de ses impuretés, pénètre au point 15 dans l'appareil et est conduit par le coude tubulaire 16 auprès du système d'électrodes. Celui-ci se compose de l'électrode cylindrique extérieure 17, représentée en coupe avec isolation électrique du reste de la construction par les anneaux iso- lants 18 et 19, ainsi que de l'électrode concentrique intérieure 20. Le coude 16 porte, sur sa surface intérieure, un anneau 22 contenant une sub- stance radioactive émettant surtout des particules alpha.
Le courant ga- zeux sortant de la partie inférieure du système d'électrodes est dévié dans la chambre 23 pour sortir par l'ouverture 24 L'électrode extérieure 17, munie d'une suspension isolante, est reliée au pôle négatif 25 de la sour- ce haute tension 26, dont le pôle positif 27 est relié à l'électrode inté- rieure 20 et ainsi à tout l'appareil. Pendant le service de l'éliminateur, les particules en suspens dans le courant de gaz se déposent sur la surface intérieure de l'électrode extérieure 17, formant un dépôt qu'il faut faire disparaître de temps en temps. Un dispositif de vidange au moyen d'un li- quide est prévu à cet effet. L'électrode intérieure 20, en forme de tube, est munie d'une perforation 28 par laquelle s'échappe le liquide pénétrant par le raccord 29.
Ce liquide est projeté contre la paroi intérieure de l'électrode extérieure, dès que la soupape 30 s'ouvre, commandée par l'ap- pareil électrique 31. Le liquide est collecté par l'entonnoir 32 et s'é- coule par le tube 33, lorsque la soupape 34 est ouverte au moyen de la commande électrique 35. Un appareil de commande 36,.dépendant de la source haute tension, coupe celle-ci lorsque l'on actionne la soupape 30 et ouvre la soupape de vidange 34. Après avoir fermé la soupape 30, un relais tem- . porisé situé dans l'organe 36 laisse s'écouler un temps déterminé pour le séchage avant de farmer automatiquement la soupape 34 et de réenclencher la haute tension.
Si l'on devait, dans l'exemple d'un éliminateur de construction concentrique selon la figure 3, augmenter la distance entre l'électrode ex- térieure 17 et l'électrode intérieure 20 au delà de la distance maximum par- courue par les particules alpha émises par la couche radioactive 22 dans le gaz à purifier, on ne placerait plus la couche radioactive dans le coude 16, mais sur la surface intérieure 22a de l'électrode 17, juste après 1; anneau isolant 18.
La section du cylindre soumise à la radiation radioactive se trouve ainsi à proximité du champ électrique entre les deux électrodes 17 et 20. 11 en résulte un courant d'ions transmettant des charges électrosta- tiques aux particules solides et liquides entraînées par le courant de gaz,
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même à des distances qui ne peuvent être atteintes par le rayonnement ra- dioactif alpha seulement.
L'exécution de l'appareil représenté à la figure 3 avec ionisa- teur radioactif convient pour la purification de petites quantités d'air ou de gaz qu'il faut débarrasser des particules liquides et solides. Pour le rinçage, on utilisera, de préférence, de l'eau chaude. En utilisant plusieurs appareils en parallèle, on peut purifier de plus grandes quanti- tés de gaz. En plus, l'appareil de construction cylindrique peut aussi ë tre utilisé avantageusement pour la récupération de produits onéreux, em- menés par le courant d'air ou de gaz sous forme de poussière ou de vapeur.
Pour le rinçage, on choisira dans ce cas des dissolvants appropriés, pour séparer les produits à récupérer, des autres impuretés. Si cela est néces- saire pour de tels usages, l'appareil sera exécuté entièrement en métal ou en matière qui ne sera pas attaquée par les gaz ou les produits à éliminer.
Pour l'élimination de particules solides ou liquides de gaz inflammables ou explosifs, on peut utiliser l'exécution concentrique repré- sentée à titre d'exemple à la figure 3, mais en isolant hermétiquement les électrodes métalliques 17 et 20. Pour cela on utilisera, pour l'électrode extérieure 17, un cylindre en matière isolante, par exemple, en porcelai- ne, en verre ou en produit synthétique, recouvert extérieurement d'une cou- che métallique reliée à la borne 25. L'électrode intérieure 20 se composera également d'un tube isolant dont la surface intérieure sera recouverte d'u- ne couche métallique reliée à la borne 27 et ainsi à tout l'appareil.
Le champ électrique entre les couches métalliques.des deux électrodes agit à travers les couches isolantes sur l'espace traversé par les gaz entre les électrodes extérieure et intérieure, de sorte que l'effet de précipitation n'est nullement entravé. Mais cette disposition empêche que le dépôt préci- pité sur la paroi du cylindre ou que les grosses impuretés contenues dans le courant de gaz ne produisent un court-circuit direct. Avec un champ assez faible mais dont l'effet d'élimination des corps en suspens dans le courant de gaz est suffisant, tout effet luminescent et toute étincelle peuvent ê- tre évités. Cet exemple d'exécution de l'appareil pour la précipitation de particules solides et liquides avec ionisateur radioactif convient éga- lement à l'élimination de poudres métalliques.
Les appareils concentriques avec ionisateur radioactif pour de grandes quantités de gaz se composent de plusieurs cylindres métalliques concentriques avec la même distance entre eux et isolés les uns des autres.
Chaque deuxième cylindre est relié au p8le positif, les autres au pôle né- gatif d'une source haute tension. Dans ce cas, l'ionisateur radioactif sera disposé dans un plan avant le système d'électrodes concentriques, ou subdi- visé, de façon que, dans chaque cellule de précipitation annulaire, il y ait un plan soumis aux radiations radioactives aussi près que possible de l'entrée des gaza
Un autre exemple d'exécution de l'éliminateur, de forme rec- tangulaire, avec ionisateur radioactif, est représenté à la figure 4.
Un caisson métallique 41 sert d'électrode extérieure; à l'intérieur dudit cais- son se trouve une couche radioactive 42, en forme de mince ruban, disposée aussi près que possible du plan d'entrée du gazo La couche radioactive émet surtout des particules alpha en direction des électrodes intérieures 43.
Celles-ci se composent de plaques métalliques, isolées de l'électrode ex- térieure. Les deux électrodes sont reliées aux deux pôles d'une source hau- te tension produisant, dans l'espace entre les deux électrodes, un champ électrique suffisant pour faire dévier les particules chargées, latérale- ment hors du courant de gaz avec une accélération suffisante. L'intensité de ce champ doit être telle qu'avec une sécurité suffisante, aucune décharge luminescente ni aucune décharge par étincelles ne puisse se produire.
La construction de l'éliminateur en forme de caisson rectangu- laire selon la figure 4 permet également de placer le produit radioactif à l'extérieur de l'électrode intérieure, si l'intensité du produit radioactif est suffisante. Ce cas présente l'avantage de ne nécessiter qu'une largeur
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minime de la couche radioactive et de pouvoir choisir des distances minimum entre la source radioactive et la paroi du caisson, facilitant l'emploi é- ventuel d'écrans.
Dans l'exécution selon la figure 4, la section plane irradiée par le produit radioactif peut également se trouver hors du champ électri- que, par exemple en raccourcissant l'électrode intérieure 43= Dans ce'cas, la distance des parois extérieures des cellules du caisson métallique ne doit pas dépasser le double de la distance maximum parcourue par les par- ticules alpha de la couche radioactive dans le gaz à purifier. Si la sec- tion irradiée par un produit radioactif se trouve à l'intérieur du champ électrique, cette restriction n'a plus sa raison d'être, parce qu'un cou- rant.d'ions est engendré dans la section plane, qui charge les particu- les solides et liquides entraînées par le courant de gaz, et cela égale- ment dans une section plane se trouvant hors de la portée maximum des par- ticules r.adioactives alpha.
L'ionisateur, travaillant avec la radiation radioactive, et l'éliminateur électrostatique, tous deux en forme de caisson, peuvent être montés séparément l'un de l'autre, ainsi que le représente en principe l'e- xemple de la figure 5. Le courant de gaz arrive à 51, traverse'un cadre 52, muni, sur sa face intérieure 53, d'une couche radioactive dont l'émis- sion se compose surtout de particules alpha. Les dimensions doivent être telles que, malgré la trajectoire réduite des particules alpha, aucune par- tie de la section du cadre ne soit irradiée. L'ionisation des molécules de gaz dans le plan du ruban radioactif entraîne la charge électrostatique des particules solides et liquides emportées par le courant de gaz et qui pénètrent dans le système d'électrodes du précipitateur électrostatique.
Ce système se compose de plaques métalliques, les unes de potentiel posi- tif 54, les autres de potentiel négatif 55. En traversant l'espace entre les plaques, les particules chargées sont attirées transversalement au courant d'air par les plaques de potentiel opposé, se dirigent sur celles- ci, s'y déposent et y adhèrent. L'intensité du champ entre les plaques du système d'électrodes est telle qu'aucune effluve luminescente ni décharge électrique ne se produise.
La figure 6 représente une exécution analogue à celle de la figure 5. Les plaques métalliques 54 de potentiel positif ainsi que les plaques de potentiel négatif 55 de la figure 5 sont remplacées dans la fi- gure 6 par des tuyaux métalliques 54a et 55a de section rectangulaire. Ain- si que le cadre 52 de la figure 5, le cadre 52a porte sur sa surface in- térieure une couche radioactive 53a. Le cadre 52a et les tuyaux 55a et 54a pourraient également être cylindriques.
Egalement dans la construction en forme de caisson avec ioni- sateur radioactif, représentée comme exemple dans les figures 4, 5 et 6, u- tilisée pour la précipitation de particules solides et liquides inflamma- bles ou entraînées par un courant de gaz explosif, les électrodes métalli- ques sont hermétiquement enrobées dans un produit isolant.
Dans les exécutions d'appareils pour la précipitation de parti- cules solides ou liquides d'un courant de gaz avec ionisateur radioactif, représentées à titre d'exemple dans les figures 1 à 6, les substances ra- dioactives ont été schématiquement représentées par des bandes étroites ou rubans, rappelant le procédé de fabrication représenté à la figure 2. La façon d'agir de l'ionisateur radioactif n'est nullement préjudiciée, lors- que les substances'radioactives ne sont pas utilisées sous forme de telles bandes, mais lorsqu'elles sont, par exemple, appliquées directement par pro- cédé électrolytique sur les électrodes. Il suffit de s'assurer que la subs- tance radioactive soit recouverte d'une couche appropriée, laissant passer les particules alpha, mais étanche aux gaz pour empêcher que le gaz radon ne s'échappe.
Il est même possible de répartir la substance radioactive sur toute l'étendue de l'électrode appropriée.
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Dans les précipitateurs connus jusqu'à présent, avec ionisa-' teur par effluves luminescentes placé avant les cellules de précipitation, le courant de gaz traverse la section active de l'ionisateur dans le temps très court d'environ 20 millisecondes, afin de réduire le plus possible l'enrichissement en ozone engendré par les effluves luminescentes. Par sui- te de ce temps très court, pendant lequel le gaz se trouve dans le rayon d'action de l'ionisateur, l'effet désiré, consistant à transmettre une char- ge électrostatique au plus grand nombre possible de particules solides ou liquides du courant de gaz, ne sera possible que si l'effluve luminescente est très forte et que si l'on utilise de très hautes tensions.
Ces incon- vénients n'existent pas avec l'ionisateur radioactif, de sorte que l'on doit tâcher de prolonger la durée du passage des gaz dans le rayon d'ac- tion de l'ionisateur. Plus ce temps sera long, moins il faudra d'intensi- té alpha de la couche radioactive ou plus on pourra augmenter la vitesse des gaz.
Un exemple d'exécution d'un appareil de précipitation avec io- nisateur radioactif à longue durée de passage des gaz dans le rayon d'ac- tion de l'ionisateur radioactif est représenté en principe à la figure 7.
Le courant de gaz pénètre au point 61 dans l'appareillage, traverse l'io- nisateur radioactif composé des électrodes 62 et des contre-électrodes 63 avec la couche radioactive 64, et entre dans les cellules de précipitation composées des plaques positives 65 et des plaques négatives 66. L'ionisa- teur est exécuté selon le principe à contre-courant. La tension entre les électrodes 62 et 63 et l'ionisation provoquée par l'émission radioactive provoque un courant d'ions, se déplaçant contre le courant de gaz. Par cet effet à contre-sens et la longue durée pendant laquelle le courant de gaz se trouve dans le rayon d'action de l'ionisateur, on obtient un ren- dement élevé de précipitation.
REVENDICATIONS.
1. Appareillage pour la précipitation électrostatique de par- ticules solides et liquides entraînées par un courant de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un canal pour diriger le courant de gaz, ayant une sour- ce radioactive placée après l'entrée du gaz pour ioniser les molécules de gaz, afin de transmettre une charge électrostatique aux particules solides ou liquides entraînées par le courant de gaz, et un système d'électrodes traversé par le courant de gaz et relié à une source de courant produisant un champ électrique en travers du courant de gaz de façon que les particu- les solides et liquides du courant de gaz soient déviées en travers du cou- rant de gaz et adhèrent aux électrodes, et caractérisé d'autre part par le choix d'une intensité de champ assez faible pour éviter des effluves lumi- nescentes et la formation d'étincelles.