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WO2008107598A1 - Dispositif de filtre electrostatique pour la capture et la destruction de particules de suie contenues dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion - Google Patents

Dispositif de filtre electrostatique pour la capture et la destruction de particules de suie contenues dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion Download PDF

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WO2008107598A1
WO2008107598A1 PCT/FR2008/050086 FR2008050086W WO2008107598A1 WO 2008107598 A1 WO2008107598 A1 WO 2008107598A1 FR 2008050086 W FR2008050086 W FR 2008050086W WO 2008107598 A1 WO2008107598 A1 WO 2008107598A1
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collector plates
collector
zone
flow
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English (en)
Inventor
Maxime Makarov
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • Electrostatic filter device for capturing and destroying soot particles contained in the exhaust gases of a combustion engine
  • the present invention relates to electrostatic filter devices for capturing and destroying the soot particles which are contained in the exhaust gases of internal combustion engines of a motor vehicle, in particular diesel engines.
  • filters for exhaust gases In order to avoid or limit the release into the atmosphere of pollutant gases and particles.
  • particulate filters associated with catalytic devices are generally placed in the exhaust line of the engine.
  • Electrostatic filters for the removal of particles suspended in gases are widely used in industry for gas flows of very low or low speeds, generally between a few millimeters per second and a few centimeters per second.
  • the adaptation of such industrial filters to uses on motor vehicles entails a number of constraints that make this adaptation difficult. Indeed, for the exhaust gases of motor vehicles, the flow velocity is very high, of the order of several meters per second. Moreover, in the exhaust line there is a very limited volume which therefore requires very compact filters.
  • Electrostatic filtration for capturing and removing soot particles from motor vehicle exhaust is generally done in three steps. First, the soot particles are electrically charged. Then the particles thus charged are deflected by electrostatic attraction to a wall. Finally, the destruction or mechanical removal of the deposit of the particles which have thus accumulated on this wall is carried out.
  • the electrostatic filters mounted in the exhaust line of motor vehicle combustion engines are generally cylindrical geometry and comprise a wired axial electrode carried at high voltage.
  • the cross section of such an electrostatic filter is relatively small, so it is necessary to provide several units in parallel to reduce the speed of the gases passing through the filter. This results in a relatively large size.
  • the high voltage electrodes mounted parallel to the flow of exhaust gas in such a longitudinal configuration, cause an imbalance of the corona discharge around the electrodes, the discharge is not of the same quality upstream and downstream. downstream of the filter over the length of it.
  • US Pat. No. 3,157,479 which further provides for mechanical removal of the collected material.
  • US Patent 4,871,515 in the same way as the patent
  • No. 4,905,470 discloses electrostatic filter devices for use in the exhaust line of a motor vehicle and includes a regeneration heating element integrated into the device.
  • the coaxial longitudinal configuration filter with respect to the electrodes causes an inefficient corona discharge, because it is heterogeneous over the length of the device, and whether the supply is made of direct current or alternating current. It is the same with regard to US Pat. No. 5,603,893, which provides a feed drawn from a longitudinal coaxial geometry of an electrostatic filter.
  • U.S. Patent 4,778,493 illustrates a multi-stage electrostatic filtering device as may be contemplated in the industry.
  • the filter is large, the distance between the electrodes of each filtration unit being important.
  • the use of such a structure could not be envisaged in the automotive field.
  • US Pat. No. 4,364,752 attempts to solve the problems posed by the devices previously described.
  • the electrostatic filter described therein has a planar configuration and has two zones. In the upstream zone, with respect to the flow of the exhaust gas, transverse wires supplied with high voltage electrical current are arranged so as to cause a corona discharge. Downstream of this first precipitation zone is a second zone for cleaning with ion beams by means of an ion generator disposed within the flow. Given the structure of this device, it can only be used in industrial gas treatment processes and could not easily be adapted for use in the automotive field.
  • the object of the present invention is to eliminate most of the disadvantages of the known devices and to allow filtering of the exhaust gases from an internal combustion engine of a motor vehicle, particularly of the Diesel type, loaded with soot particles, so that that filtration is particularly effective and remains effective over time.
  • the present invention also relates to an electrostatic filter device which allows easy destruction of the materials collected by the filter without any mechanical intervention.
  • the present invention relates to an electrostatic filter device of great compactness and whose power consumption is relatively low.
  • an electrostatic filter device for capturing and destroying soot particles contained in the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle, comprises at least one elementary filtration module internally defining a enclosure for the exhaust gases and having, upstream of the flow, an electrostatic particle loading zone, followed, downstream of the flow, by a charged particles capture zone.
  • the charging zone comprises a plurality of wired electrodes supplied with high voltage electrical current and arranged transversely in the gas flow.
  • the elementary filtration module comprises a plurality of grounded collector plates arranged in parallel in the gas flow and extending along the loading and trapping zones.
  • the collector plates are separated from the wire electrodes in the charging zone and inserted in the capture zone with conductive plates at the same potential as the wire electrodes.
  • the collector plates are coated with an insulating coating in the loading area.
  • the electrically charged particles in the loading zone can thus be immediately collected in the capture zone on the collecting plates.
  • the mounting of the collector plates over the entire length of the device that is to say both in the loading zone and in the capture zone makes it possible to obtain a particularly compact and efficient assembly.
  • the collector plates and the wired electrodes are supplied with alternating high voltage oscillating between a minimum negative voltage greater than the threshold for triggering the corona discharge for the wired electrodes and a maximum negative voltage below the breakdown threshold between the wired electrodes and collecting plates.
  • the elementary filtration module has, at the entrance of the capture zone, a connection for the entry of gas at high temperature for the combustion of the particles captured by the collector plates, the plates collectors and the conductive plates being perforated in the capture zone.
  • the collector plates have on their surface, in the capture zone, heating elements by Joule effect, for the combustion of particles captured by the collector plates.
  • the particles collected by the collecting plates in the capture zone can be easily destroyed and eliminated. This elimination is preferably during regeneration phases of the filter.
  • At least one collecting plate may advantageously be equipped with a fouling detector capable of emitting a trigger signal of a regeneration procedure of the device.
  • the fouling detector can for example measure the surface resistance of the deposit on the surface of the collector plate.
  • the edges of the conductive plates interposed between the collecting plates in the capture zone are preferably rounded in order to avoid the triggering of electric arcs along these edges.
  • ballast resistor in series in the supply circuit of the conductive plates.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an electrostatic filter device according to the invention
  • Figure 2 is a sectional view along II-II of Figure 1, showing the structure of the plates used
  • Figure 3 is a sectional view similar to Figure 2 showing an alternative embodiment.
  • the electrostatic filter device comprises a hermetic enclosure 1 of generally cylindrical shape whose section may be circular or rectangular.
  • the device comprising said enclosure 1 is mounted in the exhaust line of an internal combustion engine of a motor vehicle, as close as possible to the output of the engine, at a place where the temperature of the exhaust gas to be treated is high.
  • the chamber 1 may possibly be associated with other similar speakers arranged in parallel on the flow of the exhaust gas.
  • the device thus comprises several elementary filtration modules.
  • the enclosure 1 can be divided into two zones according to the internal operation.
  • a first zone referred to as the loading zone, is referenced 6 in FIG. 1.
  • the loading zone 6 is located on the inlet side of the enclosure 1, that is to say upstream in the flow. 3.
  • the loading zone 6 is followed by a so-called capture zone, referenced 7, intended to collect the soot particles and which were initially electrically charged in the loading zone 6.
  • the collector plates 2 extend into the chamber 1 in both the loading zone 6 and in the capture zone 7.
  • the collector plates 2 are, in the zone of loading 6, completely coated with an insulating coating 8.
  • a plurality of wire electrodes 9 are arranged transversely in the gas flow 3, as can be seen in particular in FIG. 2.
  • six collector plates 2 are provided.
  • groups of three wire electrodes 9 are placed equidistant from each of the collector plates 2, as can be seen in FIG. 1.
  • the wired electrode groups 9 comprise three wires stretched transversely as seen in FIG. 2 and held by lateral supports
  • conductive plates 1 1 are arranged parallel in the gas flow 3 between the different collector plates 2.
  • the conductive plates 11 have preferably the same shape and substantially the same area as the conductive plates 2 in the capture zone 7.
  • the leading edges 12 of the conductive plates 1 1 and the trailing edges 13 are slightly rounded to prevent the formation of arcs along these edges.
  • the spacing between the various wired electrodes 9 in the longitudinal direction is preferably equal to the distance between the wired electrodes 9 and the different collector plates 2 in the charging zone 6.
  • the spacing between the different collector plates 2, the number of plates 2 in the electrostatic filtering device as well as the number of wire electrodes 9 can easily be chosen as a function of the flow rate of the exhaust gas to be treated and the desired template for the enclosure 1.
  • the side plates 21 make it possible to channel the flow of the exhaust gases inside the enclosure 1.
  • the side plates 21 are mounted on each side of the stack comprising the collecting plates 2 and the conductive plates 11 and extend over the entire length of the enclosure 1 in the charging zone 9 as in the capture zone 7.
  • the set of wired electrodes 9 is brought to a high voltage potential via the connections 14 which connect the wired electrodes 9 to a high voltage alternating electric current generator 15 which can generate in the illustrated example a high negative voltage U sinusoidal variable form between two voltage thresholds.
  • the set of conductive plates 11 is also raised to the same high voltage potential as the wired electrodes 9 via the connections 16 and with the interposition of a ballast resistor 17, for example a value between 1 and 10 Mohms. , mounted in series in the supply circuit in order to prevent electrical breakdowns on the conductive plates 11.
  • the set of the collector plates 2 is connected to ground via the connection 18.
  • a sinusoidal negative voltage of between 10 and 100 KHz may be applied to all the wired electrodes 9 and the conductive plates 11.
  • the voltage will oscillate between a threshold corresponding to the triggering of the corona discharge around the wired electrodes 9 (for example 6 kilovolts for a wire with a diameter of 0.2 mm).
  • the second voltage threshold corresponds to the breakdown threshold generating an electric arc between a wire electrode 9 and a collector plate 2 (for example 20 kilovolts for a gap between a wire electrode 9 and a collector plate 2 of 1 cm).
  • the power consumption of such an electrostatic filter can be of the order of 200 watts.
  • one of the collector plates 2 has a fouling detector 19 which can, for example, measure the surface resistance and which is connected to a calculator 20 which is capable, as a function of the degree of fouling detected. , to initiate a phase of regeneration of the electrostatic filter by destruction of the collected particles.
  • the sensor 19 detects a surface resistance that exceeds a threshold stored in the computer 20, it can program a regeneration procedure of the electrostatic filter. During this regeneration procedure, the particles collected on the surfaces of the collector plates 2 in the capture zone 7 are destroyed by heating the deposition at high temperature, for example 600 ° C.
  • the enclosure 1 comprises a pipe 22 which opens into the enclosure 1 substantially at the junction between the loading and capture zones 9.
  • a flow of gas at high temperature can then be introduced into the chamber 1. the capture zone 7 of the chamber 1 during a regeneration phase controlled by the computer 20.
  • the rise in temperature produced by these gases at high temperature causes the destruction of soot particles that have been previously collected on the surface 2.
  • the collector plates 2 and the conductive plates these 1 1 preferably have a perforated structure or a grid structure 23 as visible in FIG. 2. In this way, the gases at high temperature introduced through the pipe 22 can pass through the stack of different collector plates 2 and conductive plates January 1.
  • the high temperature gases used during the regeneration may for example be exhaust gases whose temperature has been increased by modifying the operation of the combustion engine during the regeneration phase of the electrostatic filter.
  • each heating element 24 comprises a metal coil integral with each of the surfaces of the collector plates 2, or possibly embedded in the thickness of these collector plates 2.
  • the two ends 24a and 24b of the coil 24 can pass through the wall of the enclosure 1 by insulating elements 25 and be supplied with electric current for Joule heating of the surfaces of the collector plates 2, resulting in the removal of the collected soot particles.
  • the collector plates 2 and the conductive plates 11 are devoid of perforations 23.

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Abstract

Dispositif de filtre electrostatique du type comprenant au moins un module elementaire de filtration delimitant interieurement une enceinte (1) pour les gaz d' echappement et presentant, en amont de 1' ecoulement, une zone (6) de chargement electrostatique des particules, suivie, en aval de 1' ecoulement, d'une zone (7) de capture des particules chargees, Ia zone de chargement (6) comportant plusieurs electrodes filaires (9) alimentees en courant electrique a haute tension et disposees transversalement dans 1' ecoulement gazeux, caracterise par Ie fait que ledit module elementaire de filtration comprend plusieurs plaques collectrices (2) disposees parallelement dans 1' ecoulement gazeux et s'etendant Ie long des zones (6, 7) de chargement et de capture, lesdites plaques collectrices (2) etant ecartees des electrodes filaires (9) dans Ia zone de chargement et intercalees dans Ia zone de capture (7) avec des plaques conductrices (11) portees au meme potentiel que les electrodes filaires (9), lesdites plaques collectrices (2) etant reliees a Ia masse.

Description

Dispositif de filtre électrostatique pour la capture et la destruction de particules de suie contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion
La présente invention concerne les dispositifs de filtres électrostatiques permettant de capturer et de détruire les particules de suie qui sont contenues dans les gaz d' échappement des moteurs à combustion interne de véhicule automobile, en particulier des moteurs de type Diesel. Pour répondre aux normes antipollution, il est nécessaire de développer des filtres pour les gaz d'échappement de façon à éviter ou limiter le rejet dans l' atmosphère de gaz et particules polluantes. Dans le cas notamment des moteurs à combustion de type Diesel, on dispose généralement dans la ligne d' échappement du moteur des filtres à particules associés à des dispositifs catalytiques. Ces dispositifs sont cependant relativement coûteux et présentent un certain nombre d'inconvénients. En particulier ils sont relativement fragiles, ont une efficacité faible lors de trajets peu importants et ont une durée de vie limitée. D' autres types de filtres également utilisés sont les filtres électrostatiques qui présentent l' avantage de la simplicité puisqu' ils ne nécessitent pas, comme les filtres catalytiques, d'utiliser des métaux précieux à titre de catalyseurs et des matériaux céramiques spécifiques. Ces filtres électrostatiques présentent, de ce fait, un prix beaucoup plus raisonnable. Les filtres électrostatiques pour l' élimination des particules en suspension dans les gaz sont largement utilisés dans l'industrie pour des flux gazeux de très faibles ou faibles vitesses, comprises généralement entre quelques millimètres par seconde et quelques centimètres par seconde. L' adaptation de tels filtres industriels à des utilisations sur véhicules automobiles entraîne un certain nombre de contraintes qui rendent cette adaptation difficile. En effet, pour les gaz d'échappement des véhicules automobiles, la vitesse d' écoulement est très importante, de l' ordre de plusieurs mètres par seconde. De plus, on dispose dans la ligne d'échappement d'un volume très limité qui exige donc des filtres très compacts. Enfin, il est nécessaire que le fonctionnement de ces filtres soit assuré avec une faible consommation électrique. La filtration électrostatique pour la capture et l' élimination des particules de suie contenues dans les gaz d'échappement des véhicules automobiles se fait généralement en trois étapes. Tout d' abord, on procède à un chargement électrique des particules de suie. Puis on procède à une déviation des particules ainsi chargées par attraction électrostatique vers une paroi. Enfin on procède à la destruction ou à l' enlèvement mécanique du dépôt des particules qui se sont ainsi accumulées sur cette paroi.
Différentes solutions ont été préconisées jusqu' à présent. Dans une première solution, les trois phases précitées se déroulent en parallèle dans le même compartiment d'un réacteur monté dans la ligne d'échappement du véhicule automobile. Une telle solution présente des inconvénients du fait que la formation d'un dépôt sur les parois actives entraîne rapidement une dégradation de la qualité de la décharge corona, ce qui diminue l' efficacité du chargement des particules. De plus, les dépôts sur les parois actives provoquent des phénomènes indésirables tels que des arcs électriques parasites. Enfin on constate des phénomènes de relargage des particules collectées, c'est-à-dire d'entraînement des particules collectées par le flux des gaz d'échappement traversant le filtre. Selon d' autres solutions également préconisées, les différentes phases précitées sont mises en œuvre séparément. Dans ce cas cependant, les dispositifs nécessaires sont complexes et de grande taille et nécessitent en outre une consommation électrique élevée.
Quels que soient les dispositifs utilisés, les filtres électrostatiques montés dans la ligne d'échappement des moteurs à combustion des véhicules automobiles sont généralement de géométrie cylindrique et comportent une électrode axiale filaire portée à haute tension. La section transversale d'un tel filtre électrostatique est relativement faible, de sorte qu'il est nécessaire de prévoir plusieurs unités en parallèle afin de réduire la vitesse des gaz traversant le filtre. Il en résulte un encombrement relativement important. De plus, les électrodes haute tension montées parallèlement à l'écoulement des gaz d' échappement, dans une telle configuration longitudinale, entraînent un déséquilibre de la décharge corona autour des électrodes, la décharge n' étant pas de la même qualité en amont et en aval du filtre sur la longueur de celui-ci. Une telle réalisation est décrite par exemple dans le brevet US 3 157 479 qui prévoit en outre un enlèvement mécanique de la matière collectée. Le brevet US 4 871 515, au même titre que le brevet
US 4 905 470, décrivent des dispositifs de filtres électrostatiques destinés à être utilisés dans la ligne d' échappement d'un véhicule automobile et comportent un élément chauffant de régénération intégré au dispositif. Dans les deux cas néanmoins, le filtre, de configuration longitudinale coaxiale en ce qui concerne les électrodes, provoque une décharge corona inefficace, car hétérogène sur la longueur du dispositif, et ce que l' alimentation soit faite en courant continu ou en courant alternatif. Il en est de même en ce qui concerne le brevet US 5 603 893 qui prévoit une alimentation puisée dans une géométrie coaxiale longitudinale d'un filtre électrostatique.
Le brevet US 4 778 493 illustre un dispositif de filtrage électrostatique multi-étages tel qu' on peut l'envisager dans l' industrie. Le filtre est de grande taille, la distance entre les électrodes de chaque unité de filtration étant importante. L'utilisation d'une telle structure ne pourrait être envisagée dans le domaine automobile.
Le brevet US 4 364 752 tente de résoudre les problèmes posés par les dispositifs précédemment décrits. Le filtre électrostatique qui s 'y trouve décrit présente une configuration plane et comporte deux zones. Dans la zone amont, par rapport à l'écoulement des gaz d'échappement, sont disposés des fils transversaux alimentés en courant électrique à haute tension de façon à provoquer une décharge corona. En aval de cette première zone de précipitation, se trouve une deuxième zone destinée au nettoyage par des faisceaux d' ions au moyen d'un générateur d'ions disposé à l' intérieur de l' écoulement. Compte tenu de la structure de ce dispositif, il ne peut être utilisé que dans des processus de traitement de gaz industriels et ne pourrait être aisément adapté à une utilisation dans le domaine automobile.
La présente invention a pour objet d' éliminer la plupart des inconvénients des dispositifs connus et de permettre un filtrage des gaz d' échappement issus d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile notamment du type Diesel, chargés de particules de suie, de sorte que la filtration soit particulièrement efficace et reste efficace dans le temps. La présente invention a également pour objet un dispositif de filtre électrostatique qui permet une destruction aisée des matières collectées par le filtre sans aucune intervention mécanique.
Enfin, la présente invention a pour objet un dispositif de filtre électrostatique de grande compacité et dont la consommation électrique est relativement faible.
Dans un mode de réalisation, un dispositif de filtre électrostatique pour la capture et la destruction de particules de suie contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprend au moins un module élémentaire de filtration délimitant intérieurement une enceinte pour les gaz d'échappement et présentant, en amont de l' écoulement, une zone de chargement électrostatique des particules, suivie, en aval de l' écoulement, d'une zone de capture des particules chargées.
La zone de chargement comporte plusieurs électrodes filaires alimentées en courant électrique à haute tension et disposées transversalement dans l' écoulement gazeux.
Le module élémentaire de filtration comprend plusieurs plaques collectrices reliées à la masse, disposées parallèlement dans l' écoulement gazeux et s 'étendant le long des zones de chargement et de capture. Les plaques collectrices sont écartées des électrodes filaires dans la zone de chargement et intercalées dans la zone de capture avec des plaques conductrices portées au même potentiel que les électrodes filaires. Les plaques collectrices sont enrobées d'un revêtement isolant dans la zone de chargement.
Les particules chargées électriquement dans la zone de chargement peuvent ainsi être immédiatement collectées dans la zone de capture sur les plaques collectrices. Le montage des plaques collectrices sur toute la longueur du dispositif c'est à dire à la fois dans la zone de chargement et dans la zone de capture permet d' obtenir un ensemble particulièrement compact et efficace.
De préférence, les plaques collectrices et les électrodes filaires sont alimentées en haute tension alternative oscillant entre une tension négative minimale supérieure au seuil de déclenchement de la décharge corona pour les électrodes filaires et une tension négative maximale inférieure au seuil de claquage entre les électrodes filaires et les plaques collectrices. Dans un mode de réalisation préféré, le module élémentaire de filtration présente, à l' entrée de la zone de capture, un raccordement pour l'entrée de gaz à haute température en vue de la combustion des particules capturées par les plaques collectrices, les plaques collectrices et les plaques conductrices étant perforées dans la zone de capture. Dans un autre mode réalisation, les plaques collectrices présentent sur leur surface, dans la zone de capture, des éléments de chauffage par effet Joule, en vue de la combustion des particules capturées par les plaques collectrices.
De cette manière, les particules collectées par les plaques collectrices dans la zone de capture peuvent être facilement détruites et éliminées. Cette élimination se fait de préférence au cours de phases de régénération du filtre.
A cet effet, au moins une plaque collectrice peut avantageusement être équipée d'un détecteur d' encrassement capable d'émettre un signal de déclenchement d'une procédure de régénération du dispositif.
Le détecteur d' encrassement peut par exemple mesurer la résistance surfacique du dépôt se trouvant sur la surface de la plaque collectrice. Les bords des plaques conductrices intercalées entre les plaques collectrices dans la zone de capture sont de préférence arrondis afin d'éviter le déclenchement d' arcs électriques le long de ces bords.
Pour les mêmes raisons, on peut avantageusement monter une résistance de ballast en série dans le circuit d' alimentation des plaques conductrices.
La présente invention sera mieux comprise à l' étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d' exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de filtre électrostatique selon l' invention ; la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1 , montrant la structure des plaques utilisées ; la figure 3 est une vue en coupe analogue à la figure 2 montrant une variante de réalisation.
Tel qu'il est illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif de filtre électrostatique selon l' invention comporte une enceinte hermétique 1 de forme générale cylindrique dont la section peut être circulaire ou rectangulaire. Le dispositif comportant ladite enceinte 1 est monté dans la ligne d' échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, le plus près possible de la sortie du moteur, à un endroit où la température des gaz d' échappement à traiter est élevée. L'enceinte 1 peut éventuellement être associée à d' autres enceintes similaires disposées en parallèle sur l'écoulement des gaz d'échappement. Dans ce cas, le dispositif comprend donc plusieurs modules élémentaires de filtration.
A l' intérieur de l'enceinte 1 , sont montées plusieurs plaques métalliques collectrices 2 qui s'étendent parallèlement à l' écoulement gazeux qui traverse le dispositif schématisé par les flèches 3 et constituent, à l'intérieur de l' enceinte 1 , un empilement de plaques régulièrement écartées les unes des autres. Les gaz d' échappement pénètrent par la tubulure d'entrée 4 et ressortent par la tubulure de sortie 5. Les plaques collectrices 2 s' étendent sur la majeure partie de la longueur de l' enceinte 1. L' enceinte 1 peut être divisée en deux zones selon le fonctionnement interne. Une première zone, dite zone de chargement, est référencée 6 sur la figure 1. La zone de chargement 6 se trouve disposée du côté de l'entrée de l' enceinte 1 , c' est-à-dire en amont dans l' écoulement 3. La zone de chargement 6 est suivie d'une zone dite de capture, référencée 7, destinée à collecter les particules de suie et qui ont été initialement chargées électriquement dans la zone de chargement 6.
Les plaques collectrices 2 s 'étendent dans l'enceinte 1 à la fois dans la zone de chargement 6 et dans la zone de capture 7. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1 , les plaques collectrices 2 sont, dans la zone de chargement 6, enrobées complètement avec un revêtement isolant 8. En variante, il est possible de ne pas utiliser un tel revêtement isolant et de laisser la totalité des surfaces des plaques collectrices 2 totalement nues sur toute leur longueur.
Dans la zone de chargement 6, sont montées une pluralité d'électrodes filaires 9 disposées transversalement dans l'écoulement gazeux 3, comme on peut le voir en particulier sur la figure 2. Dans l' exemple illustré sur les figures 1 et 2, six plaques collectrices 2 sont prévues. Dans les intervalles entre lesdites plaques collectrices 2, dans la zone de chargement 6, des groupes de trois électrodes filaires 9 sont placés à égale distance de chacune des plaques collectrices 2, comme on peut le voir sur la figure 1. Dans l'exemple illustré, les groupes d'électrodes filaires 9 comprennent trois fils tendus transversalement comme on le voit sur la figure 2 et maintenus par des supports latéraux
10 en matériau isolant, montés à l' intérieur de l' enceinte 1 et fixés de manière appropriée.
Dans la zone de capture 7, qui est dénuée d'électrodes filaires 9 uniquement prévues dans la zone de chargement 6, des plaques conductrices 1 1 sont disposées parallèlement dans l'écoulement gazeux 3 entre les différentes plaques collectrices 2. Les plaques conductrices 11 présentent de préférence la même forme et sensiblement la même superficie que les plaques conductrices 2 dans la zone de capture 7. Sur la figure 2 on aperçoit en pointillés une plaque conductrice 1 1. Dans l'exemple illustré sur la figure 1 , les bords d' attaque 12 des plaques conductrices 1 1 ainsi que les bords de fuite 13 sont légèrement arrondis pour éviter la formation d' arcs électriques le long de ces bords. L' espacement entre les différentes électrodes filaires 9 dans le sens longitudinal est de préférence égal à la distance entre les électrodes filaires 9 et les différentes plaques collectrices 2 dans la zone de chargement 6.
L' écartement entre les différentes plaques collectrices 2, le nombre de plaques 2 dans le dispositif de filtrage électrostatique ainsi que le nombre des électrodes filaires 9 peuvent aisément être choisis en fonction du débit des gaz d' échappement à traiter et du gabarit souhaité pour l'enceinte 1.
Deux plaques latérales 21 visibles sur la figure 2 permettent de canaliser l' écoulement des gaz d'échappement à l'intérieur de l' enceinte 1. Les plaques latérales 21 sont montées de chaque côté de l' empilement comprenant les plaques collectrices 2 et les plaques conductrices 11 et s' étendent sur toute la longueur de l' enceinte 1 dans la zone de chargement 9 comme dans la zone de capture 7. L' ensemble des électrodes filaires 9 est porté à un potentiel haute tension par l'intermédiaire des connexions 14 qui relient les électrodes filaires 9 à un générateur de courant électrique alternatif à haute tension 15 qui peut générer dans l' exemple illustré une haute tension négative U variable de forme sinusoïdale entre deux seuils de tension. L' ensemble des plaques conductrices 11 est également porté au même potentiel haute tension que les électrodes filaires 9 par l' intermédiaire des connexions 16 et avec interposition d'une résistance de ballast 17, par exemple d'une valeur comprise entre 1 et 10 Mohms, montée en série dans le circuit d' alimentation afin d' éviter les claquages électriques sur les plaques conductrices 11. L'ensemble des plaques collectrices 2 est relié à la masse par la connexion 18.
A titre d' exemple, on pourra appliquer une tension négative sinusoïdale comprise entre 10 et 100 KHz à l'ensemble des électrodes filaires 9 et des plaques conductrices 1 1. La tension oscillera entre un seuil correspondant au déclenchement de la décharge corona autour des électrodes filaires 9 (par exemple 6 kilovolts pour un fil d'un diamètre de 0,2 mm). Le deuxième seuil de tension correspond au seuil de claquage générant un arc électrique entre une électrode filaire 9 et une plaque collectrice 2 (par exemple 20 kilovolts pour un écartement entre une électrode filaire 9 et une plaque collectrice 2 de 1 cm). La consommation électrique d'un tel filtre électrostatique peut être de l' ordre de 200 watts.
Dans l' exemple illustré sur la figure 1 , l'une des plaques collectrices 2 présente un détecteur d' encrassement 19 qui peut par exemple mesurer la résistance surfacique et qui est relié à un calculateur 20 capable, en fonction du degré d'encrassement détecté, d'enclencher une phase de régénération du filtre électrostatique par destruction des particules collectées. Lorsque le capteur 19 détecte une résistance surfacique qui dépasse un seuil mémorisé dans le calculateur 20, celui-ci peut programmer une procédure de régénération du filtre électrostatique. Au cours de cette procédure de régénération, les particules collectées sur les surfaces des plaques collectrices 2 dans la zone de capture 7 sont détruites par chauffage du dépôt à température élevée, par exemple de 600 0C. A cet effet, dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, l' enceinte 1 comporte une tubulure 22 qui débouche dans l' enceinte 1 sensiblement à la jonction entre les zones de chargement 9 et de capture 7. Un flux de gaz à haute température peut alors être introduit dans la zone de capture 7 de l'enceinte 1 lors d'une phase de régénération commandée par le calculateur 20. L' élévation de température produite par ces gaz à température élevée entraîne la destruction des particules de suie qui ont été préalablement collectées à la surface des plaques collectrices 2. Afin que la destruction des particules collectées sur toutes les plaques collectrices 2 soit obtenue, les plaques collectrices 2 et les plaques conductrices 1 1 présentent de préférence une structure perforée ou une structure de grille 23 comme visible sur la figure 2. De cette manière, les gaz à haute température introduits par la tubulure 22 peuvent traverser l' empilement des différentes plaques collectrices 2 et des plaques conductrices 1 1.
Les gaz à haute température utilisés lors de la régénération peuvent par exemple être des gaz d' échappement dont on a augmenté la température en modifiant le fonctionnement du moteur à combustion pendant la phase de régénération du filtre électrostatique.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3 , la régénération est obtenue par une élévation de température provoquée cette fois par des éléments chauffants 24 implantés sur toute la surface de chacune des plaques collectrices 2 dans la zone de capture 7. Dans l' exemple illustré, chaque élément chauffant 24 comprend un serpentin métallique solidaire de chacune des surfaces des plaques collectrices 2, ou éventuellement noyé dans l' épaisseur de ces plaques collectrices 2. Les deux extrémités 24a et 24b du serpentin 24 peuvent traverser la paroi de l' enceinte 1 par des éléments isolants 25 et être alimentées en courant électrique pour le chauffage par effet Joule des surfaces des plaques collectrices 2, entraînant l' élimination des particules de suie collectées . Dans ce mode de réalisation, les plaques collectrices 2 et les plaques conductrices 1 1 sont dénuées de perforations 23.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de filtre électrostatique pour la capture et la destruction de particules de suie contenues dans les gaz d' échappement d' un moteur à combustion interne de véhicule automobile, du type comprenant au moins un module élémentaire de filtration délimitant intérieurement une enceinte ( 1 ) pour les gaz d' échappement et présentant, en amont de l' écoulement, une zone (6) de chargement électrostatique des particules , suivie, en aval de l ' écoulement, d'une zone (7) de capture des particules chargées, la zone de chargement (6) comportant plusieurs électrodes filaires (9) alimentées en courant électrique à haute tension et disposées transversalement dans l' écoulement gazeux, caractérisé par le fait que ledit module élémentaire de filtration comprend plusieurs plaques collectrices (2) disposées parallèlement dans l' écoulement gazeux et s ' étendant le long des zones (6, 7) de chargement et de capture, lesdites plaques collectrices (2) étant écartées des électrodes filaires (9) dans la zone de chargement et intercalées dans la zone de capture (7) avec des plaques conductrices ( 1 1 ) portées au même potentiel que les électrodes filaires (9) , lesdites plaques collectrices (2) étant reliées à la masse.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les plaques collectrices (2) et les électrodes filaires (9) sont alimentées en haute tension alternative oscillant entre une tension négative minimale, supérieure au seuil de déclenchement de la décharge corona pour les électrodes filaires (9) et une tension négative maximale inférieure au seuil de claquage entre les électrodes filaires (9) et les plaques collectrices (2).
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel les plaques collectrices (2) sont enrobées d' un revêtement isolant (8) dans la zone de chargement (6) .
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit module élémentaire de filtration présente, à l' entrée de la zone de capture (7), un raccordement (22) pour l' entrée de gaz à haute température en vue de la combustion des particules capturées par les plaques collectrices (2), les plaques collectrices et les plaques conductrices ( 11) étant perforées dans la zone de capture.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel lesdites plaques collectrices (2) présentent sur leur surface, dans la zone de capture (7), des éléments de chauffage (24) par effet Joule, en vue de la combustion des particules capturées par les plaques collectrices (2).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une plaque collectrice est équipée d'un détecteur d' encrassement ( 19) capable d'émettre un signal de déclenchement d'une procédure de régénération du dispositif.
7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel le détecteur d' encrassement ( 19) la résistance surfacique du dépôt se trouvant sur la surface de la plaque collectrice.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel les bords (12, 13) des plaques conductrices ( 1 1) intercalées entre les plaques collectrices (2) dans la zone de capture (7) sont arrondis.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel une résistance de ballast ( 17) est montée en série dans le circuit d' alimentation des plaques conductrices ( 11).
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