L'invention se réfère à un procédé et à un dispositif d'agglomération de particules dans un écoulement gazeux tra¬ versant une chambre acoustique d'agglomération.

Les particules solides ou liquides produites au cours de divers procédés industriels et emmenées vers l'extérieur par un écoulement gazeux sont une source de pollution pour la nature et peuvent être un facteur de risque pour l'homme. En particulier, l'augmentation de la concentration de parti¬ cules submicroniques dans l'atmosphère semble la cause d'une augmentation de morbidité humaine. L'invention a donc pour but de concevoir un procédé et un dispositif pour réduire notamment le taux de particules submicroniques dans un écou¬ lement gazeux avant que celui-ci ne soit rejeté dans l'at¬ mosphère. On connaît des filtres d'affluents gazeux qui mettent en oeuvre soit des champs électrostatiques, soit des procé¬ dés mécaniques (séparateur du type cyclone ou venturi) qui sont très complexes et n'assurent qu'une efficacité limitée de purification, notamment en ce qui concerne les particules submicroniques. Le document WO 92/09 354 décrit une chambre acoustique qui assure une agglomération de particules fines de sorte que les particules agglomérées puissent ensuite être captées par des dispositifs classiques conçus pour des particules plus grosses. Pour être efficace, le temps de transfert des particules à travers cette chambre acoustique doit être relativement long, ce qui impose un dimensionne- ment important de cette chambre et en conséquence une éner¬ gie acoustique très élevée.

Par le document US-A-2 535 679 on connaît en outre une méthode d'agglomération de particules d'un aérosol dans

une chambre acoustique selon laquelle on reboucle une partie du flux de sortie de la chambre acoustique vers son entrée pour augmenter la probabilité de collisions entre des parti¬ cules de l'aérosol. Un rebouclage similaire est également proposé par le document US-A-4 378 976, mais on sélectionne dans ce cas pour le rebouclage un flux filtré qui ne contient pratique¬ ment plus de particules agglomérées.

L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif dont le rendement d'agglomération est amélioré et dont la taille est réduite.

Ce but est atteint par le procédé tel que défini dans la revendication 1 ainsi que par le dispositif selon la re¬ vendication 5. En ce qui concerne les réalisations préférées de ce procédé ou de ce dispositif, référence est faite aux reven¬ dications secondaires.

L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation et des dessins annexés. La figure 1 représente le schéma de principe du dis¬ positif.

Les figures 2 et 3 montrent deux réalisations possi¬ bles d'un organe de prélèvement dans le dispositif selon la figure 1. Dans tout problème de séparation de particules, il s'agit de vaincre les forces visqueuses qui font que les particules, lorsqu'elles sont suffisamment petites, suivent quasiment les mouvements du gaz qui les entoure. Différentes forces, soit mécaniques, soit électriques, soit magnétiques etc., peuvent être utilisées pour vaincre ces forces vis¬ queuses et séparer les particules du gaz.

Dans l'agglomération acoustique d'un aérosol, ce sont des effets inertiels qui sont utilisés, les particules étant différemment entraînées dans le mouvement oscillatoire du gaz. Cela favorise des collisions entre elles par effet

inertiel.

Dans ce qui suit, on raisonnera en terme de diamètre aérodynamique, ce qui correspond pour une particule quelcon¬ que (flocon de suie, aggrégat ouvert de particule, grain de sable, gouttelettes, etc..) au diamètre qu'aurait une gout¬ telette d'eau sédimentant à la même vitesse que la particule considérée. Ce diamètre est bien souvent différent des tail¬ les géométriques des particules considérées, mais il permet de comparer les propriétés inertielles de particules de na- ture différente.

Le diamètre d _f auquel une onde acoustique aura le plus d'effet sur un aérosol composé de particules de diamè¬ tres aérodynamiques différents est donné par d _f = J9μ/pιxf (où μ est la viscosité dynamique du gaz, p la densité de l'eau et f la fréquence acoustique en unités du système interna¬ tional). Grâce à des essais expérimentaux, il a été trouvé que les particules ayant un diamètre aérodynamique inférieur à 1,5 d _f (ci-après appelées "petites" particules) s'agglomè¬ rent entre elles. En outre, l'agglomération des petites par- ticules est accélérée par la présence dans l'aérosol traité de particules de diamètre aérodynamique supérieur à 1,5 d _f (ci-après appelées "grosses" particules) sur lesquelles les petites particules s'aggrègent.

En se référant à la figure 1, qui représente schéma- tiquement le dispositif selon l'invention, on voit une en¬ trée 1, par laquelle arrive l'écoulement gazeux contenant les particules, et une sortie 2, par laquelle l'écoulement quitte le dispositif après avoir été traité. L'élément es¬ sentiel en vue de l'agglomération est la chambre 3, qui peut être analogue à celle du document cité WO 92/09 354. A cette chambre, on associe selon l'invention une boucle de retour 10, qui relie la sortie 2 à l'entrée 1 et qui contient un ventilateur 4 permettant d'extraire une partie de l'écoule¬ ment principal à la sortie 2 et de la réinjecter en amont de la chambre 3 dans l'écoulement principal. Une telle réinjec-

tion facilite le démarrage de l'agglomération par une aug¬ mentation du nombre initial de grosses particules par unité de volume, selon l'effet décrit plus haut. Ce bouclage as¬ sure donc un effet similaire à une chambre d'agglomération notablement plus longue, c'est-à-dire à temps de transfert élevé, ou une injection de particules de démarrage (seed particles) d'une nature différente.

La boucle de retour 10 est couplée à la sortie 2 en aval de la chambre d'agglomération à travers un organe de prélèvement qui, de préférence, agit comme un séparateur favorisant l'extraction de grosses particules (d > d _f ). Cela peut être atteint soit par un cyclone permettant la collecte de grosses particules dans un écoulement de gaz (de faible débit) en vue de leur réinjection, soit par un impacteur virtuel tel qu'il est représenté sur la figure 2 ou la fi¬ gure 3.

Selon la figure 2, la bouche de collecte 5 menant vers le ventilateur 4 est située au centre de la conduite principale menant à la sortie 2. Le ventilateur 4 assure une vitesse de fluide dans la boucle de retour qui, au niveau de la bouche 5, est inférieure à celle de la conduite principa¬ le. Par conséquent, les lignes de courant de gaz (courbe en traits pleins) s'incurvent à l'approche de la bouche 5. Les plus grosses particules, par contre, tendent à poursuivre leur droit chemin du fait de leur inertie (courbe en lignes interrompues), ce qui donne une certaine prépondérance de grosses particules dans la bouche de collecte 5 par rapport au flux gazeux continuant vers la sortie.

Une autre possibilité de réalisation du séparateur 6 de la figure 1 est représentée sur la figure 3. Cet impac¬ teur virtuel se distingue du précédent par le fait que l'é¬ coulement principal entre la chambre d'agglomération 3 et la sortie 2 change de direction, les lignes de courant ayant une forme de U. Selon une première réalisation de l'invention, la

boucle de retour sert simplement à réinjecter à l'entrée de la chambre d'agglomération des grosses particules déjà for¬ mées et sélectionnées à propos, car l'effet d'agglomération est plus important entre des particules de diamètres aérody- namiques différents qu'entre des particules de diamètre aé¬ rodynamique similaire.

On peut profiter de la boucle de retour pour une agglomération supplémentaire de particules, par exemple dans une chambre acoustique supplémentaire 7 en aval du ventila- teur 4. Cette chambre peut être munie de ses propres sources acoustiques ou bien être couplée acoustiquement à la chambre d'agglomération en choisissant convenablement l'impédance acoustique de la boucle de retour.

Selon encore une autre réalisation de l'invention, on prévoit un chargeur électrique 8 d'une polarité donnée à la sortie de la boucle de retour, et un chargeur 9 de polarité opposée à l'entrée 1 de l'écoulement principal. Ces char¬ geurs peuvent par exemple être des électrodes portées à un potentiel positif ou négatif très élevé par rapport aux pa- rois de la conduite (mise à la terre) qui créent un effet corona. Les particules ainsi chargées positivement ou néga¬ tivement ont tendance à se rapprocher après l'injection de l'écoulement provenant de la boucle de retour dans l'écoule¬ ment principal. Eventuellement, un seul chargeur suffit dans la boucle de retour, si l'écoulement principal amène les particules déjà chargées vers la chambre d'agglomération.

Des essais ont montrés que le taux d'agglomération de petites particules de Ti0 ₂ est doublé (de 0,01 à 0,02 s" ¹ ) lorsque la densité de grosses particules passe de 1000 à 5000 cm ^"3 , ce qui montre que sans la boucle de retour selon l'invention, l'agglomération recherchée pour un écoulement n'ayant que de petites particules reste insuffisante ou bien exige un temps de transfert dans la chambre d'agglomération qui est prohibitif en ce qui concerne la taille de cette chambre.

L'invention peut être réalisée en amont d'un filtre classique captant notamment de grosses particules.