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Title:
ELECTROSTATIC PRECIPITATOR FOR GAS TREATMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/037426
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a connector for the high-voltage power supply for an electrostatic precipitator of the type comprising a metallic cylindrical casing and a central electrode, said elements being concentric. The inventive connector comprises a shaft which passes through the metallic casing of the precipitator in order to supply high-voltage power to the central electrode. The shaft of the connector comprises a metallic flange (20) which is disposed in a plane parallel to the metallic casing (30) of the electrostatic precipitator and which is separated from the casing by means of an insulant (40), such that the assembly forms a capacitor.

Inventors:
GARABEDIAN CHRISTIAN-CHARLES (FR)
TEBOUL DANIEL (FR)
Application Number:
PCT/FR2003/050105
Publication Date:
May 06, 2004
Filing Date:
October 23, 2003
Export Citation:
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Assignee:
FAURECIA SYS ECHAPPEMENT (FR)
RECYCL AIR (FR)
GARABEDIAN CHRISTIAN-CHARLES (FR)
TEBOUL DANIEL (FR)
International Classes:
B03C3/49; B03C3/68; B03C3/70; B03C3/86; F01N3/01; (IPC1-7): B03C/
Foreign References:
US5006134A1991-04-09
DE3324803A11985-01-17
US5263317A1993-11-23
US5053914A1991-10-01
Attorney, Agent or Firm:
Grynwald, Albert (94 rue Saint Lazare, Paris, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Connecteur pour l'alimentation en courant à haute tension d'un électrofiltre du type comportant une enveloppe cylindrique métallique et une électrode centrale concentriques, ledit connecteur comportant un axe traversant ladite enveloppe métallique pour alimenter en courant à haute tension l'électrode centrale, ledit connecteur étant caractérisé en ce que son axe est solidaire d'une collerette métallique (20) à distance de l'enveloppe métallique (30) de l'électrofiltre et séparée de l'enveloppe (30) par un isolant (40) de manière à constituer ensemble une capacité.
2. Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la collerette est à l'extérieur de l'enveloppe.
3. Connecteur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la collerette est à distance sensiblement constante de l'enveloppe métallique.
4. Connecteur selon la revendication 1,2 ou 3 caractérisé en ce qu'un isolant entoure aussi l'axe (10) à l'intérieur de l'enveloppe.
5. Connecteur selon les revendications 2 et 4 caractérisé en ce que l'isolant entourant l'axe à l'intérieur de l'enveloppe traverse cette dernière et se raccorde à l'isolant séparant la collerette de l'enveloppe.
6. Ensemble formé d'un électrofiltre et d'un connecteur selon l'une des revendications 1 à 5.
7. Procédé pour commander le fonctionnement d'un électrofiltre de filtration de particules telles que des suies contenues dans un flux gazeux, notamment les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, cet électrofiltre étant alimenté par une haute tension, caractérisé en ce qu'on détecte les anomalies électriques du filtre, on détermine un niveau de gravité de l'anomalie et on traite en priorité les anomalies ayant le niveau de gravité le plus élevé.
8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'on affecte aux anomalies électriques trois niveaux de gravité, le niveau le plus élevé correspondant aux anomalies pouvant provoquer des dommages aux personnes et à l'environnement, le niveau de gravité suivant correspondant aux anomalies provoquant des dommages à l'environnement mais non aux personnes et le niveau de gravité le moins élevé correspondant à des anomalies sans risque pour les personnes et l'environnement.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que les anomalies électriques sont comprises dans le groupe comportant : un courtcircuit sur la sortie haute tension d'alimentation du filtre, un circuit ouvert sur la sortie haute tension d'alimentation du filtre, un court circuit de l'élément chauffant du filtre, un circuit ouvert de l'élément chauffant du filtre, un défaut d'une batterie d'alimentation à partir de laquelle est produite la haute tension d'alimentation du filtre, et des décharges d'arc dans l'élément filtrant, une sur puissance demandée par la sortie haute tension d'alimentation du filtre, un emballement thermique du convertisseur continu/continu en amont de l'alimentation haute tension du filtre.
10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 caractérisé en ce qu'on affecte le niveau de gravité le plus élevé à un circuit ouvert sur la sortie haute tension d'alimentation de l'électrofiltre.
11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10 caractérisé en ce que pour éliminer l'anomalie et/ou pour en réduire les conséquences, on interrompt le fonctionnement d'un convertisseur continu/continu en amont de l'alimentation haute tension et/ou on commande le rapport cyclique d'un hacheur de conversion d'un courant continu en courant alternatif.
Description:
ELECTROFILTRE POUR LE TRAITEMENT DE GAZ L'invention est relative à un électrofiltre destiné à la filtration de particules, notamment des suies contenues dans un flux gazeux.

La structure et le principe de fonctionnement d'un électrofiltre sont décrits dans la demande de brevet WO 01/19525 dont le contenu est considéré comme incorporé à la présente demande.

L'invention concerne tout d'abord un connecteur pour l'alimentation en courant à haute tension d'un électrofiltre du type comportant une enveloppe cylindrique métallique et une électrode centrale concentriques, ledit connecteur comportant un axe traversant ladite enveloppe métallique pour alimenter en courant à haute tension l'électrode centrale. Ce connecteur est caractérisé en ce que son axe est solidaire d'une collerette métallique à distance de l'enveloppe métallique de l'électrofiltre et séparée de l'enveloppe par un isolant de manière à constituer ensemble une capacité.

Ainsi, on simplifie la fabrication puisqu'on intègre un condensateur dans le convecteur.

De préférence, la collerette est à l'extérieur de l'enveloppe.

La collerette est par exemple à distance sensiblement constante de l'enveloppe métallique.

Dans une réalisation, un isolant entoure aussi l'axe (10) à l'intérieur de l'enveloppe.

Cet isolant entourant l'axe à l'intérieur de l'enveloppe peut traverser cette dernière et se raccorder à l'isolant séparant la collerette de l'enveloppe.

L'invention concerne aussi un ensemble formé d'un électrofiltre et d'un connecteur tel que ci-dessus.

L'invention se rapporte également à un procédé pour commander le fonctionnement d'un électrofiltre de filtration de particules telles que des suies contenues dans un flux gazeux, notamment les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, cet électrofiltre étant alimenté par une haute tension, qui est caractérisé en ce qu'on détecte les anomalies électriques du filtre, on détermine un niveau de gravité de l'anomalie et on traite en priorité les anomalies ayant le niveau de gravité le plus élevé.

De préférence, on affecte aux anomalies électriques trois niveaux de gravité, le niveau le plus élevé correspondant aux anomalies pouvant provoquer des dommages aux personnes et à l'environnement, le niveau de gravité suivant correspondant aux anomalies provoquant des dommages à l'environnement mais non aux personnes et le niveau de gravité le moins élevé correspondant à des anomalies sans risque pour les personnes et l'environnement.

Les anomalies électriques peuvent être comprises dans le groupe comportant : un court-circuit sur la sortie haute tension d'alimentation du filtre, un circuit ouvert sur la sortie haute tension d'alimentation du filtre, un court circuit de l'élément chauffant du filtre, un circuit ouvert de l'élément chauffant du filtre, un défaut d'une batterie d'alimentation à partir de laquelle est produite la haute tension d'alimentation du filtre, des décharges d'arc dans l'élément filtrant, une sur- puissance demandée par la sortie haute tension d'alimentation du

filtre, un emballement thermique du convertisseur continu/ continu en amont de l'alimentation haute tension du filtre.

De préférence, on affecte le niveau de gravité le plus élevé à un circuit ouvert sur la sortie haute tension d'alimentation de l'électrofiltre.

Pour éliminer l'anomalie et/ou pour en réduire les conséquences, on peut interrompre le fonctionnement d'un convertisseur continu/continu en amont de l'alimentation haute tension et/ou commander le rapport cyclique d'un hacheur de conversion d'un courant continu en courant alternatif.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description ci-après de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux figures ci-annexées.

L'invention concerne en premier lieu des moyens électroniques associés au filtre, notamment la connexion de la haute tension à l'électrofiltre.

Ainsi, selon un premier de ses aspects, l'invention concerne la connexion de l'électrode centrale de l'électrofiltre à l'alimentation en courant haute tension est réalisée au moyen d'un connecteur. La structure du connecteur selon l'invention est représentée en figure 1. Comme décrit dans le document WO 01/19525, le filtre considéré est du type comportant une enveloppe cylindrique métallique et une électrode centrale concentriques.

Selon l'invention, une fonction « capacité » ou condensateur, qui, dans l'état antérieur de la technique, se trouve dans l'alimentation haute tension, est intégrée au connecteur (figure 1). L'axe du connecteur est relié à une alimentation haute tension et traverse l'enveloppe pour alimenter en courant haute tension l'électrode centrale du filtre. L'axe est solidaire d'une collerette métallique 20 qui est, de ce fait, portée à son potentiel. Cette collerette 20 est disposée dans un plan parallèle à l'enveloppe métallique 30 de l'électrofiltre, de préférence à l'extérieur de celle-ci. La

collerette 20 et l'enveloppe 30 sont séparées par un isolant 40, par exemple en céramique, de manière à constituer ensemble une capacité dont la valeur est fonction de la surface de la collerette 2).

Selon un second de ses aspects, l'invention concerne un procédé de pilotage du filtre, ce procédé pouvant être utilisé indépendamment du premier aspect de l'invention. Selon ce procédé, le pilotage du filtre s'effectue de la façon suivante : Afin d'éviter la formation d'arc électrique entre les électrodes du filtre et d'optimiser l'efficacité de filtration en fonction de l'évolution du milieu, on détermine en temps réel les caractéristiques optimales du courant délivré à l'électrofiltre.

Pour cela, on mesure une caractéristique du courant (par exemple son intensité) et on la compare à une valeur de référence optimale et, le cas échéant, on corrige ladite caractéristique pour la faire tendre vers cette valeur optimale.

La mesure de la caractéristique du courant peut être effectuée sur le « primaire » (partie basse tension) du transformateur basse tension/haute tension de l'alimentation.

La valeur de référence optimale du courant est déterminée à partir des données disponibles via le contrôle du moteur équipé du filtre (par exemple la charge ou le régime moteur, la cartographie de fonctionnement moteur...) et/ou à partir de données mesurées dans les gaz ou sur l'électrofiltre (par exemple la température des gaz, le débit massique, la composition gazeuse). Les données disponibles ou mesurées permettent de déterminer un état de fonctionnement du moteur équipé du filtre et/ou de l'électrofiltre. L'état de fonctionnement du moteur peut par exemple être représentatif d'une quantité de suies produites par celui-ci et devant être filtrée ; l'état de fonctionnement de l'électrofiltre peut par exemple être représentatif de la probabilité d'apparition d'un arc électrique entre les deux électrodes du filtre.

Une liste des différents états de fonctionnement possibles est préalablement établie et stockée en mémoire du dispositif de pilotage de l'électrofiltre.

Pour chacun des états de fonctionnement, une valeur de référence optimale du courant est déterminée.

En pratique, les valeurs de référence sont déterminées de manière expérimentale pour différents états de fonctionnement représentatifs à la fois du fonctionnement du moteur et de l'électrofiltre (2 à 10 états de fonctionnement par exemple).

Ainsi, il est tenu compte à la fois de la quantité de suies produite (l'intensité de courant nécessaire à la filtration augmente avec la quantité de suies) et de la probabilité d'apparition d'un arc électrique entre les deux électrodes du filtre. La formation des arcs peut être évitée : a) en pilotant le courant pour rester dans des valeurs de tension toujours inférieures au seuil de disruption qui est la tension pour laquelle les arcs s'établissent, ou b) en utilisant un courant pulsé avec une fréquence d'impulsion supérieure au temps d'établissement d'un arc électrique.

On constitue ainsi une table de fonction de transfert susceptible, à partir des données recueillies de fonctionnement du moteur et/ou de l'électrofiltre, d'indiquer une valeur de référence optimale du courant à utiliser.

L'invention concerne aussi un procédé et un dispositif équipant l'électrofiltre. Ce procédé et ce dispositif permettant de détecter, de hiérarchiser et de traiter les anomalies électriques. Ce procédé et ce dispositif peuvent s'utiliser indépendamment des autres aspects de l'invention décrits plus haut.

Les défauts cités ci-après sont ceux susceptibles de se produire sur un véhicule : Court circuit sur la sortie haute tension.

'Circuit ouvert sur la sortie haute tension.

'Court circuit de l'élément chauffant.

Circuit ouvert de l'élément chauffant.

Décharges d'arc dans l'élément filtrant.

# Surpuissance demandée par la sortie haute tension.

# Emballement thermique du convertisseur DC/DC (continu/continu).

Défaut de la batterie.

1. Classement des Niveaux de Gravité (NG) et Priorité de Traitement du Défaut (PTD).

Les types d'événements indésirables ou défauts pouvant apparaître pendant le fonctionnement du système sont définis par les trois niveaux de gravité (NG) suivants : NG Effets Définitions PTD G0 Sans Sans risque pour l'homme et l'environnement. P3 (minimale) G1 Moyen Dommage sans risque pour l'homme mais P1 (maximale) l'environnement n'est plus protégé. G2 Majeur Dommage avec risques importants pour l'homme et P1 (maximale) l'environnement n'est plus protégé.

Par la suite, chaque défaut sera affecté du niveau de gravité estimé (Gx).

2. Court circuit sur la sortie haute tension (G1).

Plusieurs événements en cours de fonctionnement ou pendant l'arrêt du véhicule peuvent être la cause de ce défaut.

Il s'agit notamment : de la mise en contact des électrodes HT (haute tension) et de la carcasse du filtre reliée à la masse au cours du roulage, du fait d'une mauvaise tenue aux vibrations mécaniques ; de la mise en contact des électrodes HT et de la carcasse reliée à la masse au cours d'un choc arrière, pendant une phase de stationnement (incident non remarqué par le conducteur) ou lors d'un accident ; de l'amorçage d'un arc électrique et du maintien de celui-ci ; et d'autres cas liés à une mauvaise fiabilité ou à la

mise hors service d'un ou plusieurs composants électroniques.

Dans tous les cas, une unité de contrôle associée au filtre est capable de détecter ce défaut et de le traiter selon la priorité vis-à-vis des autres tâches. La priorité sera affectée au défaut en fonction de son niveau de gravité.

La détection de ce défaut peut être effectuée par une surveillance du courant de sortie, coté haute tension. Néanmoins il est préférable, pour des raisons de sécurité et de simplicité de mise en oeuvre, d'opter d'emblée pour une détection du côté primaire du transformateur haute tension.

Les raisons de sécurité sont motivées par le fait de ne pas ramener une information prélevée sur l'étage haute tension vers le côté basse tension et de garder au transformateur son caractère d'isolateur galvanique.

La surveillance de la tension appliquée au primaire peut également donner l'information souhaitée, à savoir la présence d'un court circuit en sortie.

Les actions d'urgence à engager dès la reconnaissance du défaut sont : agir sur la commande du hacheur (convertisseur de courant continu en courant alternatif, transformant la tension continue d'une batterie en une tension alternative permettant l'utilisation d'un transformateur) afin de faire disparaître le défaut, au besoin de commander un rapport cyclique d'ouverture nul, et arrêter le fonctionnement d'un convertisseur 12v/42v (généralement prévu sur les véhicules) en le commandant en mode OFF ou arrêt.

Cependant l'unité centrale a pour mission de vérifier périodiquement la disparition du défaut afin de replacer le système de filtration dans un état de fonctionnement normal.

3. Circuit ouvert sur la sortie haute tension (G2).

Plusieurs événements en cours de fonctionnement ou pendant l'arrêt du véhicule peuvent être la cause de ce défaut.

Il s'agit notamment :

de la déconnexion des électrodes HT et/ou de la masse au cours du roulage du fait d'une mauvaise tenue aux vibrations mécaniques, de la déconnexion des électrodes HT et/ou de la masse du cours d'un choc arrière, pendant une phase de stationnement (incident non remarqué par le conducteur) ou lors d'un accident, de la mise hors service d'une ou plusieurs diodes haute tension du redresseur intégré dans le transformateur, et d'autres cas liés à une mauvaise fiabilité ou à la mise hors service d'un ou plusieurs composants électroniques.

Là encore, l'unité de contrôle est capable de détecter ce défaut et de le traiter selon la priorité vis-à-vis des autres tâches, priorité qui sera affectée au défaut en fonction de son niveau de gravité.

Les moyens de détection peuvent être les mêmes que ceux utilisés pour la détection du court-circuit. La détection de ce défaut peut être effectuée par une surveillance du courant de sortie, coté haute tension. Néanmoins, il est préférable, pour des raisons de sécurité et de simplicité de mise en oeuvre, d'opter d'emblée pour une détection coté primaire du transformateur haute tension.

Les raisons de sécurité sont motivées par le fait de ne pas ramener une information prélevée sur l'étage haute tension vers le coté basse tension et de garder au transformateur son caractère d'isolateur galvanique.

Les actions d'urgence à engager dès la reconnaissance du défaut sont : de ramener la commande du hacheur du primaire du transformateur à 0 (rapport cyclique d'ouverture nul), ou d'arrêter le fonctionnement du convertisseur en le commandant en mode OFF (arrêt).

Il est en effet indispensable que la charge soit en permanence raccordée à son module d'alimentation pour la sécurité des passagers, du véhicule et son électronique embarquée. On évite ainsi de se ramener au cas précédent du

court circuit par un contact de l'électrode ou câble haute tension avec le châssis.

Cependant l'unité centrale a pour mission de vérifier périodiquement la disparition du défaut afin de replacer le système de filtration dans un état de fonctionnement normal.

4. Court Circuit de l'élément chauffant (G1).

Ici encore, plusieurs évènements en cours de fonctionnement ou pendant l'arrêt du véhicule peuvent être la cause de ce défaut. Il s'agit notamment : de la mise en contact des bornes d'amenée de la puissance et de la carcasse reliée à la masse au cours du roulage, du fait d'une mauvaise tenue aux vibrations mécaniques, de la mise en contact des bornes d'amenée de la puissance et de la carcasse reliée à la masse au cours d'un choc arrière, pendant une phase de stationnement (incident non remarqué par le conducteur) ou lors d'un accident, et d'autres cas liés à une mauvaise fiabilité ou à la mise hors service d'un ou plusieurs composants électroniques.

Dans tous les cas, l'unité de contrôle est capable de détecter ce défaut et de le traiter selon la priorité vis à vis des autres tâches, priorité qui sera affectée au défaut en fonction de son niveau de gravité.

Les actions d'urgence à engager dès la reconnaissance du défaut sont de ramener la commande du hacheur de pilotage de régénération à 0 (rapport cyclique d'ouverture nul).

Cependant l'unité centrale a pour mission de vérifier périodiquement la disparition du défaut afin de replacer le système de filtration dans un état de fonctionnement normal.

5. Circuit ouvert de l'élément chauffant (G1).

Plusieurs événements en cours de fonctionnement ou pendant l'arrêt du véhicule peuvent être la cause de ce défaut.

Il s'agit notamment : de la déconnexion des bornes d'amenée de la puissance et/ou de la masse au cours du roulage du fait d'une mauvaise tenue aux vibrations mécaniques,

de la déconnexion des bornes d'amenée de la puissance et/ou de la masse au cours d'un choc arrière, pendant une phase de stationnement (incident non remarqué par le conducteur) ou lors d'un accident, et d'autres cas liés à une mauvaise fiabilité ou à la mise hors service d'un ou plusieurs composants électroniques.

Là encore, l'unité de contrôle est capable de détecter ce défaut et de le traiter selon la priorité vis à vis des autres tâches, priorité qui sera affectée au défaut en fonction de son niveau de gravité.

Les actions d'urgence à engager dès la reconnaissance du défaut sont de ramener la commande du hacheur de pilotage de régénération à 0 (rapport cyclique d'ouverture nul).

Cependant l'unité centrale a pour mission de vérifier périodiquement la disparition du défaut afin de replacer le système de filtration dans un état de fonctionnement normal.

6. Défaut de la batterie (G1).

Le niveau de tension de la batterie est contrôlé par l'unité centrale qui déclenche une procédure de gestion du défaut reconnu si la valeur de cette tension descend en dessous d'un seuil minimum égal à 6V (par exemple).

Dans ce cas, l'unité centrale agit afin de : couper toutes les servitudes de Haute tension et de régénération, sauvegarder les données essentielles en mémoire EEPROM, générer une trame de diagnostic et l'envoyer au contrôle moteur pour lui signifier le défaut, et se mettre en mode veille.

Cependant l'unité centrale a pour mission de vérifier périodiquement la disparition du défaut afin de replacer le système de filtration dans un état de fonctionnement normal.

7. Décharges d'arc dans l'élément filtrant (G1).

Plusieurs évènements en cours de fonctionnement ou pendant l'arrêt du véhicule peuvent être la cause de ce défaut.

Il s'agit notamment : d'une variation des conditions physiques (température, débit gazeux, humidité, particules, etc...), et d'une variation de la géométrie de l'élément filtrant due à une mauvaise tenue aux vibrations mécaniques, ou un choc arrière, pendant une phase de stationnement (incident non remarqué par le conducteur) ou lors d'un accident.

Un déplacement de l'électrode centrale par rapport à son axe peut également entraîner une décharge d'arc.

Une décharge d'arc peut revêtir 2 aspects qui sont : * Un arc permanent : dans ce cas, on a affaire à un court-circuit. Le mode de fonctionnement est continu comme le montre la figure 2 qui est un diagramme montrant l'évolution de l'intensité du courant dans l'électrofiltre en fonction du temps.

* Un arc fugitif : dans ce cas, une action sur la commande du hacheur du primaire du transformateur, qui consiste en une diminution du rapport cyclique d'ouverture, doit ramener la tension de sortie hors du régime d'arc. Le mode de fonctionnement est discontinu comme le montre la figure 3 qui est un diagramme analogue à celui de la figure 2.

Il est important de traiter ces 2 types de défauts avec la plus grande efficacité afin : de ne pas soumettre l'électronique à des contraintes plus sévères, et d'éviter les échauffements locaux au niveau des électrodes pouvant entraîner une érosion accélérée des pièces et mettre le système hors spécifications.

8. Synthèse des actions à engager et procédés de détection (cas de la décharge d'arc).

Le traitement des défauts implique la détection et le traitement du défaut reconnu. L'algorithme de traitement de ces défauts est capable d'accomplir ces 2 tâches. En outre, il doit

être capable de reconnaître si le défaut a disparu ou s'il est toujours présent. A cet effet, on pourra, par exemple, adopter le procédé illustré par l'organigramme de la figure 4 qui fait partie intégrante de la présente description.

9. Surpuissance demandée par la sortie haute tension (G1).

Un autre défaut constaté peut être une demande de ressource en puissance de l'élément filtrant au convertisseur DC/DC. Bien que celui soit capable de fournir 400W, voire plus, on limitera sa puissance disponible en sortie à 350W afin de ne pas diminuer la durée de vie du convertisseur et de le placer dans un état d'échauffement accru. La détection de cette demande de ressource s'effectue par une mesure de la tension de sortie (ou son image) ainsi que celle du courant de sortie (ou son image). Puis on agit sur la valeur de la durée de conduction du hacheur du primaire du transformateur. Cette action a pour effet de ramener la puissance fournie au secondaire à sa valeur nominale.

10. Emballement thermique du convertisseur DC/DC (G1).

Le convertisseur DC/DC fournit à l'unité centrale électronique (ECU) une information de température. Cette information sert à commander le convertisseur à l'arrêt au cas où ce dernier serait incapable de se mettre en protection thermique de façon naturelle'. Cet élément constitue une sécurité supplémentaire.

Dans un autre mode de réalisation, l'emballement thermique est autogéré par le convertisseur.

L'invention concerne aussi, indépendamment des autres aspects décrits ci-dessus, la régénération par élimination des suies collectées par l'électrofiltre.

Différentes structures sont proposées pour améliorer l'efficacité de la régénération : 1. Dans le cas d'un filtre longitudinal, d'une limitation de la consommation énergétique et en présence d'un

flux parcourant ce filtre, il apparaît qu'une grande partie des calories délivrées par le moyen chauffant servent principalement à échauffer le gaz et, non le lit de suie que l'on cherche à oxyder.

Ce problème est aggravé quand les moyens chauffants sont placés en entrée de filtre, c'est-à-dire quand on a affaire à une configuration de moyens chauffants entourant le milieu filtrant.

Une solution consiste à réduire le volume de gaz concerné par la chauffe involontaire, afin de privilégier la chauffe des suies à oxyder et de permettre une amélioration du rendement et de rester dans un domaine de puissance acceptable.

A cet effet, on peut localiser les moyens de régénération, non plus sur l'ensemble du périmètre du milieu de filtration, mais selon des zones « découpées » selon le sens du flux. Dans l'exemple décrit ci-après avec les figures 5a et 5b, le volume a été délimité en 2 zones, qui sont activées successivement. On peut ainsi tirer bénéfice de la chauffe de ce gaz (involontaire) car elle réduit le delta (l'écart) de température entre les suies et leurs environnements sur le reste de la longueur du flux, qui est concerné ici par la chauffe/régénération, alors que dans le cas d'un « tronçonnage » de zones de régénération en zones successives dans le sens longitudinal, lorsque le premier tronçon chauffe, les suies en regard des autres tronçons ne pourront pas tirer bénéfice des calories qui passent dans le gaz.

Dans le cas de la figure 5a, le moyen de chauffe se trouve dans la partie amont de l'électrofiltre.

Dans le cas des figures 5b et 5d, le moyen de chauffe se trouve dans la partie supérieure de l'électrofiltre.

Dans le cas de la figure 5c, les résistances de chauffe sont dimensionnées de façon que la chauffe soit plus importante à l'amont qu'à l'aval.

2. Pour améliorer l'efficacité de régénération, on peut aussi réduire la déperdition thermique due au flux autour

du moyen de chauffe, ne pas chauffer le gaz (qui occupe un trop grand volume par rapport à l'énergie disponible) et, surtout, concentrer le chauffage sur la suie et sa zone de stockage.

A cet effet, on isole constamment la résistance du flux (figure 6). Par exemple, on réalise un milieu filtrant poreux dans son volume et imperméable au gaz à sa périphérie.

La résistance est alors placée en périphérie de la zone de régénération.

On peut aussi isoler la résistance du flux au moment de la régénération (figure 7).

On peut également utiliser un milieu à densité variable, par exemple qui s'obstrue en périphérie au fur et à mesure du dépôt des suies, empêchant de ce fait, le passage du gaz du milieu filtrant vers la résistance.

Des exemples de réalisation sont représentés sur les figures 6,7 et 8 qui font partie intégrante de la présente description.

Dans la réalisation de la figure 6, le filtre est exempt de suies et la périphérie du milieu filtrant est étanche aux gaz.

Dans l'exemple de la figure 7, le milieu filtrant s'est chargé en suie, la périphérie du milieu filtrant est rendue étanche par le dépôt des suies.

Sur la figure 8 on a représenté le mode de réalisation de la figure 7 dans le cas où le chargement en suies est terminé et la régénération va être déclenchée, la périphérie de la zone de filtration étant obturée.

3. Pour améliorer l'efficacité de régénération, on peut, lors de la mise en route des résistances, chercher à obtenir une température homogène dans l'ensemble de la structure filtrante à régénérer.

L'introduction du flux déporte les calories vers la sortie du filtre, ce qui conduit à une élévation de température sur la fin du filtre, ce qui n'est pas nécessaire et conduit à une dépense énergétique non nécessaire.

Dans le cas d'une résistance en spirale, on resserre le pas de la résistance en entrée de produit afin d'y apporter le maximum de calories et, ainsi, obtenir une élévation de température rapide, le reste du filtre pouvant se satisfaire (pour atteindre les mêmes températures cibles dans le milieu filtrant) d'une puissance moindre, ce qui peut être fait par un pas plus élevé. Cette réalisation est représentée sur la figure 9.

Dans le cas d'une résistance longitudinale, on peut augmenter la section de la résistance de l'entrée vers la sortie du filtre.

Pour améliorer l'efficacité de régénération on peut, pour la régénération, utiliser des résistances qui conduisent à l'élévation de température dans le milieu à régénérer par trois modes principaux : le rayonnement au niveau de l'interface volume à régénérer et zone d'introduction du moyen de chauffe, la convection du gaz, et la conduction : la périphérie de la zone filtrante est chauffée par rayonnement et ces calories sont réparties sur l'ensemble du milieu filtrant par conduction.

Une réalisation consiste à choisir la géométrie de la résistance de façon telle qu'à puissance équivalente, c'est-à- dire la même section de fil équivalent pour une même longueur, on fournit un meilleur rendement du rayonnement.

Cette géométrie doit s'adapter à la géométrie de la structure filtrante en regard.

Dans le cas d'une structure filtrante en regard, on privilégie la section ovale ou rectangulaire par rapport à la section ronde.

La figure 10 montre ces trois types de section où l'on voit effectivement que le rayonnement s'étend sur une plus large zone avec une section elliptique ou rectangulaire qu'avec une section circulaire.

5. Pour améliorer l'efficacité de régénération, on peut également améliorer le rendement énergétique lors de la régénération et rester dans une limite de puissance fournie en réduisant la vitesse des gaz autour du moyen filtrant et/ou en améliorant le rendement de rayonnement en augmentant la surface à régénérer en regard de la structure filtrante.

Dans une réalisation, on imbrique (figures 12 et 13) la structure filtrante et la structure de chauffe. On peut aussi réduire (figure 14), la vitesse du gaz autour de la résistance (division par facteur de 2 à 3 par rapport à une structure de résistance en périphérie de la structure filtrante, telle que celle montrée sur la figure 11).

On peut aussi (figures 12 et 13) doubler la surface de rayonnement utile du fil résistant (non plus ouverture de 120° « alpha » comme montré sur la figure 11, mais 2*alpha comme montré sur la figure 12).

On peut, comme montré sur la figure 13, co-enrouler les deux structures (filtrante et de chauffe).

Comme représenté sur la figure 14, dans une réalisation, la zone filtrante et l'élément de régénération sont segmentés de manière à couper le flux.

Un autre mode de réalisation (figure 15) consiste à découper le filtre en zone de filtration et en zone de régénération distinctes. Par exemple sur le schéma de la figure 15, ce sont à titre d'illustration des zones longitudinales. Les zones sont régénérées indépendamment les unes des autres ; lors d'une régénération, la zone concernée est mise à l'abri du flux par un cache mobile s'étendant tout le long de la zone. Après régénération d'une zone le cache opère une rotation et se met en face de la prochaine zone à régénérer.

Selon une autre réalisation on prévoit : - un dispositif de récupération de gaz chaud en sortie de filtre et ré-injection dudit gaz en entrée de filtre par exemple au moyen d'une vanne 3 voies pilotée pour diriger le flux gazeux en fonction des besoins ;

En variante, on prévoit un dispositif associé de recirculation des gaz vers le moteur. Celui ci peut s'avérer intéressant car il permettrait de traiter les Nox. En fonctionnement, on déplace alors le compromis Nox/particules émis par le moteur vers plus de particules et moins de Nox.

Quels que soient les modes de réalisation, les isolants séparant les deux électrodes présents dans le filtre peuvent être revêtus d'une composition catalytique favorisant la combustion des suies qui y sont déposées.