CA2331365A1 - Procede et dispositif de traitement a haute frequence de produits, materiels et utilisations associes - Google Patents
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- CA2331365A1 CA2331365A1 CA002331365A CA2331365A CA2331365A1 CA 2331365 A1 CA2331365 A1 CA 2331365A1 CA 002331365 A CA002331365 A CA 002331365A CA 2331365 A CA2331365 A CA 2331365A CA 2331365 A1 CA2331365 A1 CA 2331365A1
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Abstract
Dispositif de traitement à haute fréquence d'un produit liquide, solide ou gazeux comprenant au moins une inductance (2) de traitement entourant un conduit tubulaire (1) destiné à être traversé par un courant du produit à traiter, ladite inductance (2) étant alimentée par un générateur à haute fréquence (3) par l'intermédiaire de moyens de couplage (22, 24). L'inductance (2) est à spires non jointives et le générateur à haute fréquence (3) comporte une seule lampe oscillatrice de puissance (4) connectée à une ligne d'alimentation à haute tension, un circuit oscillant à constante répartie (15) dont les caractéristiques L,C déterminent la fréquence d'oscillation souhaitée du générateur, ledit circuit oscillant (15) étant connecté à l'anode de la lampe oscillatrice (4) par l'intermédiaire d'un condensateur (14) d'isolation vis à vis de la composante continue de l'alimentation à haute tension, la ligne d'alimentation à haute tension étant reliée à la cathode (5) de la lampe (4) par l'intermédiaire d'un élément (6, 17, 18) de détermination de la tension et de la phase du signal à haute fréquence, faisant partie d'un circuit de réaction complexe connecté entre le circuit oscillant (15) et la cathode (5) de la lampe oscillatrice (4).
Description
Procédé et dispositif de traitement à haute fréquence de produits, matériels et utilisations associés La présente invention concerne les générateurs à haute fréquence et se rapporte plus particulièrement à un générateur à haute fréquence utilisable notamment avec une torche à plasma dans laquelle le gaz traité est soumis à un champ à haute fréquence.
Le brevet FR 89 02 512 décrit un brûleur à plasma inductif à haute fréquence, destiné au traitement d'effluents toxiques ou non. Ce brûleur est roumis à un champ à haute fréquence déclenchant le plasma sur le produit mnme .à
traiter.
II comporte une pièce mobile ou une injection latérale permett<~nt de régler le flux de l'air de confinement, l'allumage de la torche étant réalisé
par un dispositif électrostatique, un diaphragme réglable permettant de modifier la pression interne de la torche, un analyseur spectral associé à un calculateur régulant la puissance du générateur, une aspiration à la sortie permettant de diminuer la pression interne, un échangeur permettant la récupération des calories excédentaires.
Les générateurs à haute fréquence sont utilisés depuis longtemps pour le chauffage par induction, pour le chauffage par pertes électriques, pour la production de flammes de plasma à partir d'un jet gazeux et/ou liquide et autres.
De tels générateurs sont habituellement conçus pour répondre: aux besoins d'une application précise mais ils ne sont pas adaptés pour l'ensemble des applications précitées.
Leur coût de construction est élevé du fait des composants utilisés tels que les condensateurs à haute tension, à faibles pertes ou non, les IignE~s de transmission de puissance et au moins deux triodes de puissance.
L'invention vise à remédier aux inconvénients précités des générateurs à haute fréquence connus en créant un générateur à haute fréquence qui puisse être utilisé dans de nombreuses applications, notamment celles mentionnées plus haut tout en présentant un faible prix de revient par rapport aux générateurs à
haute fréquence connus.
Elle a donc pour objet un procédé de traitement à haute fréquence d'un produit solide, liquide ou gazeux consistant à faire passer le produit dans une inductance alimentée par un générateur à haute fréquence, caractérisé en ce que l'inductance comporte des spires non jointives et en ce qu'il consiste à
soumettre le produit à un traitement électrostatique sous l'effet de l'impédance capacitive entre les spires de l'inductance puis à soumettre le produit à un traitement inductif sous l'effet de l'impédance inductive de ladite inductance.
L'invention a également pour objet une inductance de traitement de produits destinés à la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comprenant plusieurs spires qui forment un passage pour un produit à traiter, caractérisée en ce que le pas des spires et/ou leur diamètre et/ou la section du fil formant l'inductance sont fonction de la fréquence du signal d'alimentation de l'inductance.
L'invention a également pour objet un générateur à haute fréquence pour le traitement par un signal à haute fréquence d'un produit solide, liquide ou gazeux, caractérisé en ce qu'il comporte une seule lampe oscillatrice de puissance connectée à une ligne d'alimentation à haute tension, un circuit oscillant à constante répartie dont les caractéristiques L,C déterminent la fréquence d'oscillation souhaitée du générateur, ledit circuit oscillant étant connecté à l'aide de la lampe oscillatrice par l'intermédiaire d'un condensateur d'isolation vis à vis de la composante continue de l'alimentation à haute tension, la ligne d'alimentation à haute tension étant reliée à la cathode de la lampe par l'intermédiaire d'un élément de détermination de la tension et de la phase du signal à haute fréquence faisant partie d'un circuit de réaction complexe connecté entre le circuit oscillant et la cathode de la lampe oscillatrice.
L'invention a de plus pour objet un dispositif de traitement à haute fréquence d'un produit liquide, solide ou gazeux comprenant au moins une inductance de traitement entourant un conduit tubulaire destiné à être tra.versê
par un courant du produit à traiter, ladite inductance étant alimentée par un générateur à haute fréquence, caractérisé en ce que l'inductance est une inductance telle que définie ci-dessus et le générateur à haute fréquence est un générateur tel que défini ci-dessus, l'inductance étant reliée au générateur haute fréquence par un cadre couplé par mutuelle induction, au circuit oscillant, deux lignes d'adaptation reliant le cadre à l'inductance et un condensateur d'accord formant avec l'inductance un circuit résonnant à la fréquence du circuit oscillant.
L'invention a enfin pour objet l'utilisation du procédé et des matériels décrits ci-dessus pour - réduire la quantité et la taille moyenne de particules solides dans un gaz et/ou - débarrasser des particules solides d'une gangue organique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnée uniquement .à titre d'exemple et sur lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de traitement de produits comportant un générateur à haute fréquence suivant l'invention, et - la figure 2 est une vue schématique plus détaillée de l'inductance qui fait partie du dispositif de traitement de la fïgure 1.
Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de traitement à haute fréquence de produit liquide, solide ou gazeux, notamment de destruction de produits toxiques ou non qui comporte un conduit tubulaire 1, par exemple en quartz, relié à une source d'effluents à traiter non représentée, autour duquel est enroulée une inductance 2 à spires non jointives et dont la fonction sera décrite en détail par la suite.
Selon une variante, ce conduit peut entourer l'inductance.
Selon une autre variante, ie dispositif peut être dépourvu de conduit, le trajet du produit à traiter étant alors défini par l'intérieur de l'inductance 2.
L'inductance 2 est alimentée par un générateur à haute fréquence désigné par le numéro de référence générale 3 et qui comporte une lampe oscillatrice 4 telle qu'une triode de puissance ou encore une tétrode, connectée aux bornes d'une ligne à haute tension.
La cathode 5 de la lampe 4 est reliée à la borne négative de la ligne d'alimentation à haute tension connectée à la masse, par une ligne 6 de longueur égale à une fraction inférieure ou égale au quart de la longueur d'onde du signal à haute fréquence à générer, par exemple une ligne quart d'onde ~./4 formée par une plaque métallique plane de préférence en aluminium. L'anode 7 de la lampe 4 est connectée à la borne positive de la ligne d'alimentation à
haute tension par l'intermédiaire d'une self de blocage 8.
La grille 9 de la lampe 4 est connectée à la borne négative de la ligne d'alimentation à haute tension par l'intermédiaire d'un circuit de grille forme: d'une self de blocage 10 reliée en série à un circuit formé d'un condensateur 1 'I
d'une résistance 12 branchés en parallèle.
L'anode de la lampe 4 est en outre connectée par l'intermédiaire d'un condensateur d'isolation 14 à un circuit oscillant 15 à constante répartie.
Le condensateur d'isolation 14 isole le circuit oscillant de la composante continue de la ligne d'alimentation à haute tension.
Le circuit oscillant à constante répartie 15 est formé d'un corps tubulaire creux 16 en métal, de forme parallélépipédique sans fond, une extrémité ouverte du corps 16 dirigée vers la ligne quart d'onde 6 connectée à
la cathode 5 de la lampe 4 étant prolongée par une plaque 17 formant élément de ligne, disposée en regard de la ligne 6. Un condensateur 18 connecté par des contacts mobiles 19, 20 respectivement à la ligne 6 et à la plaque 17 forme un circuit de contre-réaction.
Le condensateur 18 peut être remplacé par une capacité formée directement entre les plaques 6 et i'7 judicieusement rapprochées avec interposition éventuelle d'un diélectrique, dont la perméabilité relative peut être utilisée comme paramètre de réglage de la capacité.
Le périmètre du corps 16 constitue l'inductance du circuit oscillant et les surfaces en regard les unes des autres deux à deux du corps formE~nt la.
capacité dudit circuit.
En regard de la face ouverte du corps 16 du circuit oscillent à
constante répartie 15 opposée à la ligne 6 est disposé un cadre métallique 22 relié par deux lignes 24 fixées au moyen de plots isolants 25 à un blindage 26 représenté en traits mixtes, aux bornes de l'inductance 2. Le cadre est couplé
au corps tubulaire 16 par mutuelle induction.
80 Les éléments 6, 16, 17, 22 et 24 sont réalisés en aluminium, ce qui leur confère un prix de revient attractif et autorise une mise en forme aisée.
Cependant, d'autres métaux ou alliages de métaux peuvent être utilisés, notamment un acier inoxydable. II peut également être envisagé de WO 99/57947 PCT/FR99H)1057 ç~
réaliser ces pièces par dépôt d'une couche électriquement conductrice sur un support isolant ou conducteur.
Un condensateur 27 de réglage de circuit LC pour assurer la résonance avec le circuit oscillant à constante répartie 15 est connecté entre les lignes 24 de liaison du cadre 22 avec l'inductance 2.
Ce condensateur est un condensateur à air constitué de deux plaques circulaires disposées en regard l'une de l'autre. II est placé à l'intérieur du blindage 26.
Le condensateur de contre-réaction 18 connecté par l'intermédiaire des contacts mobiles 19, 20 aux lignes 6 et 17 est réglable le long de ces lignes soit manuellement, soit par un dispositif approprié, asservi ou non à l'une ou l'autre des caractéristiques du générateur.
La forme de l'inductance 2 doit étre adaptée à la nature des produits à
traiter. Cette inductance va donc être décrite plus en détail en référence à
la figure 2.
Les spires 30 non jointives de l'inductance 2 espacées les unes des autres d'une distance e peuvent être considérées comme formant une succession de capacités. Chaque espace e est le siège d'un champ électrique élevé.
Dans le cas du traitement de matière pulvérulente circulant dans le conduit tubulaire 1, lorsque la tension est appliquée à l'inductance 2 par le générateur à haute tension et multipliée par le coefficient de qualité Q du circuit, il apparaît entre chaque grain de poudre de ia matière pulvérulente circulant dans le conduit 1 un champ électrique suffisamment élevé pour provoquer une décharge électrique dont l'effet thermique élève la température d'un ensemble de grains.
Lorsque la température est suffisamment élevée, le magma des grains devient conducteur et le couplage précE~dent de type électrostatique devient électromagnétique et s'exerce sur un barreau conducteur constitué par l'ensemble des grains préchauffés.
Pour que le système fonctionne, il est apparu expérimentalement que les conditions suivantes doivent être respectées.
L'inductance 2 doit comporter plusieurs spires 30 puisque c'est la capacité répartie entre spires qui génère le phénomène capacitif. La capacité
répartie est fonction de la distance e entre spires, du diamètre d du conducteur utilisé pour constituer l'inductance 2, du nombre n de spires 30 et du diamètre D
de l'inductance.
L'inductance 2 et sa capacité d'accord 27 formant un circuit LC
classique doivent avoir un coefficient de surtension Q élevé. C'est la surtension ainsi obtenue qui permet l'ionisation entre les grains. Le choix du nombre de spires de l'inductance 2 permet de diviser la tension entre les spires à une valeur V/n, V étant la tension aux bornes de l'inductance 2 et n étant le nombre de spires 30.
La fréquence à laquelle travaille le générateur à haute fréquence est optimale lorsqu'elle est comprise entre 50 et 100 MHz, mais des résultats probants sont obtenus à des fréquences moins élevées comprises entre 10 et 20 MHz.
La réalisation de l'inductance 2 a donné de bons résultats dans le cas d'une longueur L de la bobine formant l'inductance 2 égale à une 1,5 fois son diamètre D et pour un écartement e entre spires de l'ordre de 5 mm pour des matériaux de faible granulométrie à 20 mm pour des matériaux de granulométrie plus élevée.
La section du conducteur formant la bobine peut être circulaire, carrée ou rectangulaire.
Dans le cas d'un conducteur en forme de fil, un diamètre d compris entre 2 et 20 mm donne des résultats satisfaisants. Un conducteur en forrne de bande peut également être utilisé.
Pour des produits tels que des boues contenant de l'eau ou un liquide ionisé conducteur, un couplage dans le domaine de fréquence de l'ordre des 60 à
100 MHz permet l'évaporation de liquide dans un premier temps et la fusion des matières sèches dans un second temps, dans la mesure où les matières sè ches sont ou deviennent conductrices par effet thermique ou non.
Les réglages sont pratiquement les mémes que pour les matières pulvérulentes à ceci près que le rendement s'améliore avec l'augmentation de la fréquence.
WO 99/57947 PCT/FR99/(11057 On a constaté peu de résultats à 20 MHz et de bons résultats à 90 MHz. L'écartement optimal entre spires 30 est de l'ordre de 2 à 3 mm. li doit être suffisant pour éviter les décharges entre spires 30.
Pour le traitement des gaz les conditions d'exploitation de l'inductance
Le brevet FR 89 02 512 décrit un brûleur à plasma inductif à haute fréquence, destiné au traitement d'effluents toxiques ou non. Ce brûleur est roumis à un champ à haute fréquence déclenchant le plasma sur le produit mnme .à
traiter.
II comporte une pièce mobile ou une injection latérale permett<~nt de régler le flux de l'air de confinement, l'allumage de la torche étant réalisé
par un dispositif électrostatique, un diaphragme réglable permettant de modifier la pression interne de la torche, un analyseur spectral associé à un calculateur régulant la puissance du générateur, une aspiration à la sortie permettant de diminuer la pression interne, un échangeur permettant la récupération des calories excédentaires.
Les générateurs à haute fréquence sont utilisés depuis longtemps pour le chauffage par induction, pour le chauffage par pertes électriques, pour la production de flammes de plasma à partir d'un jet gazeux et/ou liquide et autres.
De tels générateurs sont habituellement conçus pour répondre: aux besoins d'une application précise mais ils ne sont pas adaptés pour l'ensemble des applications précitées.
Leur coût de construction est élevé du fait des composants utilisés tels que les condensateurs à haute tension, à faibles pertes ou non, les IignE~s de transmission de puissance et au moins deux triodes de puissance.
L'invention vise à remédier aux inconvénients précités des générateurs à haute fréquence connus en créant un générateur à haute fréquence qui puisse être utilisé dans de nombreuses applications, notamment celles mentionnées plus haut tout en présentant un faible prix de revient par rapport aux générateurs à
haute fréquence connus.
Elle a donc pour objet un procédé de traitement à haute fréquence d'un produit solide, liquide ou gazeux consistant à faire passer le produit dans une inductance alimentée par un générateur à haute fréquence, caractérisé en ce que l'inductance comporte des spires non jointives et en ce qu'il consiste à
soumettre le produit à un traitement électrostatique sous l'effet de l'impédance capacitive entre les spires de l'inductance puis à soumettre le produit à un traitement inductif sous l'effet de l'impédance inductive de ladite inductance.
L'invention a également pour objet une inductance de traitement de produits destinés à la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comprenant plusieurs spires qui forment un passage pour un produit à traiter, caractérisée en ce que le pas des spires et/ou leur diamètre et/ou la section du fil formant l'inductance sont fonction de la fréquence du signal d'alimentation de l'inductance.
L'invention a également pour objet un générateur à haute fréquence pour le traitement par un signal à haute fréquence d'un produit solide, liquide ou gazeux, caractérisé en ce qu'il comporte une seule lampe oscillatrice de puissance connectée à une ligne d'alimentation à haute tension, un circuit oscillant à constante répartie dont les caractéristiques L,C déterminent la fréquence d'oscillation souhaitée du générateur, ledit circuit oscillant étant connecté à l'aide de la lampe oscillatrice par l'intermédiaire d'un condensateur d'isolation vis à vis de la composante continue de l'alimentation à haute tension, la ligne d'alimentation à haute tension étant reliée à la cathode de la lampe par l'intermédiaire d'un élément de détermination de la tension et de la phase du signal à haute fréquence faisant partie d'un circuit de réaction complexe connecté entre le circuit oscillant et la cathode de la lampe oscillatrice.
L'invention a de plus pour objet un dispositif de traitement à haute fréquence d'un produit liquide, solide ou gazeux comprenant au moins une inductance de traitement entourant un conduit tubulaire destiné à être tra.versê
par un courant du produit à traiter, ladite inductance étant alimentée par un générateur à haute fréquence, caractérisé en ce que l'inductance est une inductance telle que définie ci-dessus et le générateur à haute fréquence est un générateur tel que défini ci-dessus, l'inductance étant reliée au générateur haute fréquence par un cadre couplé par mutuelle induction, au circuit oscillant, deux lignes d'adaptation reliant le cadre à l'inductance et un condensateur d'accord formant avec l'inductance un circuit résonnant à la fréquence du circuit oscillant.
L'invention a enfin pour objet l'utilisation du procédé et des matériels décrits ci-dessus pour - réduire la quantité et la taille moyenne de particules solides dans un gaz et/ou - débarrasser des particules solides d'une gangue organique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnée uniquement .à titre d'exemple et sur lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de traitement de produits comportant un générateur à haute fréquence suivant l'invention, et - la figure 2 est une vue schématique plus détaillée de l'inductance qui fait partie du dispositif de traitement de la fïgure 1.
Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de traitement à haute fréquence de produit liquide, solide ou gazeux, notamment de destruction de produits toxiques ou non qui comporte un conduit tubulaire 1, par exemple en quartz, relié à une source d'effluents à traiter non représentée, autour duquel est enroulée une inductance 2 à spires non jointives et dont la fonction sera décrite en détail par la suite.
Selon une variante, ce conduit peut entourer l'inductance.
Selon une autre variante, ie dispositif peut être dépourvu de conduit, le trajet du produit à traiter étant alors défini par l'intérieur de l'inductance 2.
L'inductance 2 est alimentée par un générateur à haute fréquence désigné par le numéro de référence générale 3 et qui comporte une lampe oscillatrice 4 telle qu'une triode de puissance ou encore une tétrode, connectée aux bornes d'une ligne à haute tension.
La cathode 5 de la lampe 4 est reliée à la borne négative de la ligne d'alimentation à haute tension connectée à la masse, par une ligne 6 de longueur égale à une fraction inférieure ou égale au quart de la longueur d'onde du signal à haute fréquence à générer, par exemple une ligne quart d'onde ~./4 formée par une plaque métallique plane de préférence en aluminium. L'anode 7 de la lampe 4 est connectée à la borne positive de la ligne d'alimentation à
haute tension par l'intermédiaire d'une self de blocage 8.
La grille 9 de la lampe 4 est connectée à la borne négative de la ligne d'alimentation à haute tension par l'intermédiaire d'un circuit de grille forme: d'une self de blocage 10 reliée en série à un circuit formé d'un condensateur 1 'I
d'une résistance 12 branchés en parallèle.
L'anode de la lampe 4 est en outre connectée par l'intermédiaire d'un condensateur d'isolation 14 à un circuit oscillant 15 à constante répartie.
Le condensateur d'isolation 14 isole le circuit oscillant de la composante continue de la ligne d'alimentation à haute tension.
Le circuit oscillant à constante répartie 15 est formé d'un corps tubulaire creux 16 en métal, de forme parallélépipédique sans fond, une extrémité ouverte du corps 16 dirigée vers la ligne quart d'onde 6 connectée à
la cathode 5 de la lampe 4 étant prolongée par une plaque 17 formant élément de ligne, disposée en regard de la ligne 6. Un condensateur 18 connecté par des contacts mobiles 19, 20 respectivement à la ligne 6 et à la plaque 17 forme un circuit de contre-réaction.
Le condensateur 18 peut être remplacé par une capacité formée directement entre les plaques 6 et i'7 judicieusement rapprochées avec interposition éventuelle d'un diélectrique, dont la perméabilité relative peut être utilisée comme paramètre de réglage de la capacité.
Le périmètre du corps 16 constitue l'inductance du circuit oscillant et les surfaces en regard les unes des autres deux à deux du corps formE~nt la.
capacité dudit circuit.
En regard de la face ouverte du corps 16 du circuit oscillent à
constante répartie 15 opposée à la ligne 6 est disposé un cadre métallique 22 relié par deux lignes 24 fixées au moyen de plots isolants 25 à un blindage 26 représenté en traits mixtes, aux bornes de l'inductance 2. Le cadre est couplé
au corps tubulaire 16 par mutuelle induction.
80 Les éléments 6, 16, 17, 22 et 24 sont réalisés en aluminium, ce qui leur confère un prix de revient attractif et autorise une mise en forme aisée.
Cependant, d'autres métaux ou alliages de métaux peuvent être utilisés, notamment un acier inoxydable. II peut également être envisagé de WO 99/57947 PCT/FR99H)1057 ç~
réaliser ces pièces par dépôt d'une couche électriquement conductrice sur un support isolant ou conducteur.
Un condensateur 27 de réglage de circuit LC pour assurer la résonance avec le circuit oscillant à constante répartie 15 est connecté entre les lignes 24 de liaison du cadre 22 avec l'inductance 2.
Ce condensateur est un condensateur à air constitué de deux plaques circulaires disposées en regard l'une de l'autre. II est placé à l'intérieur du blindage 26.
Le condensateur de contre-réaction 18 connecté par l'intermédiaire des contacts mobiles 19, 20 aux lignes 6 et 17 est réglable le long de ces lignes soit manuellement, soit par un dispositif approprié, asservi ou non à l'une ou l'autre des caractéristiques du générateur.
La forme de l'inductance 2 doit étre adaptée à la nature des produits à
traiter. Cette inductance va donc être décrite plus en détail en référence à
la figure 2.
Les spires 30 non jointives de l'inductance 2 espacées les unes des autres d'une distance e peuvent être considérées comme formant une succession de capacités. Chaque espace e est le siège d'un champ électrique élevé.
Dans le cas du traitement de matière pulvérulente circulant dans le conduit tubulaire 1, lorsque la tension est appliquée à l'inductance 2 par le générateur à haute tension et multipliée par le coefficient de qualité Q du circuit, il apparaît entre chaque grain de poudre de ia matière pulvérulente circulant dans le conduit 1 un champ électrique suffisamment élevé pour provoquer une décharge électrique dont l'effet thermique élève la température d'un ensemble de grains.
Lorsque la température est suffisamment élevée, le magma des grains devient conducteur et le couplage précE~dent de type électrostatique devient électromagnétique et s'exerce sur un barreau conducteur constitué par l'ensemble des grains préchauffés.
Pour que le système fonctionne, il est apparu expérimentalement que les conditions suivantes doivent être respectées.
L'inductance 2 doit comporter plusieurs spires 30 puisque c'est la capacité répartie entre spires qui génère le phénomène capacitif. La capacité
répartie est fonction de la distance e entre spires, du diamètre d du conducteur utilisé pour constituer l'inductance 2, du nombre n de spires 30 et du diamètre D
de l'inductance.
L'inductance 2 et sa capacité d'accord 27 formant un circuit LC
classique doivent avoir un coefficient de surtension Q élevé. C'est la surtension ainsi obtenue qui permet l'ionisation entre les grains. Le choix du nombre de spires de l'inductance 2 permet de diviser la tension entre les spires à une valeur V/n, V étant la tension aux bornes de l'inductance 2 et n étant le nombre de spires 30.
La fréquence à laquelle travaille le générateur à haute fréquence est optimale lorsqu'elle est comprise entre 50 et 100 MHz, mais des résultats probants sont obtenus à des fréquences moins élevées comprises entre 10 et 20 MHz.
La réalisation de l'inductance 2 a donné de bons résultats dans le cas d'une longueur L de la bobine formant l'inductance 2 égale à une 1,5 fois son diamètre D et pour un écartement e entre spires de l'ordre de 5 mm pour des matériaux de faible granulométrie à 20 mm pour des matériaux de granulométrie plus élevée.
La section du conducteur formant la bobine peut être circulaire, carrée ou rectangulaire.
Dans le cas d'un conducteur en forme de fil, un diamètre d compris entre 2 et 20 mm donne des résultats satisfaisants. Un conducteur en forrne de bande peut également être utilisé.
Pour des produits tels que des boues contenant de l'eau ou un liquide ionisé conducteur, un couplage dans le domaine de fréquence de l'ordre des 60 à
100 MHz permet l'évaporation de liquide dans un premier temps et la fusion des matières sèches dans un second temps, dans la mesure où les matières sè ches sont ou deviennent conductrices par effet thermique ou non.
Les réglages sont pratiquement les mémes que pour les matières pulvérulentes à ceci près que le rendement s'améliore avec l'augmentation de la fréquence.
WO 99/57947 PCT/FR99/(11057 On a constaté peu de résultats à 20 MHz et de bons résultats à 90 MHz. L'écartement optimal entre spires 30 est de l'ordre de 2 à 3 mm. li doit être suffisant pour éviter les décharges entre spires 30.
Pour le traitement des gaz les conditions d'exploitation de l'inductance
2 associées au générateur à haute fréquence suivant l'invention sont les suivantes.
Le passage des gaz dans le conduit tubulaire 1 entouré par l'inductance 2 faït appel aux mêmes propriétés que le passage des matières pulvérulentes.
Après application de la puissance au générateur à haute fréquence 3, il se produit un champ électrique intense entre les spires 30 de l'inductance 2, ce champ électrique étant fonction du coefficient de surtension et de la c;~pacité
répartie entre spires.
L'amorçage se fait par étincelage entre l'une des spires 30 et un corps conducteur placé à proximité de celle-ci. Ensuite, l'étincelle constituant un microplasma conducteur, le couplage électromagnétique intervient sur ce microplasma et provoque une réaction en chaîne intéressant tout l'espace intérieur de la bobine 2 non soumis à un refroidissement.
11 est possible d'adjoindre à l'inductance 2 des inductances supplémentaires connectées en parallèle aux bornes du générateur à haute fréquence et disposées le long du conduit tubulaire 1 de confinement du produit à traiter. Un tel agencement permet d'obtenir des flammes de plasma de longueurs très importantes.
On a constaté par expérience que les inductances sont judicieusement disposées si l'espace entre deux inductances correspond à un diamètre D de l'inductance.
On a également déterminé expérimentalement les conditions de fonctionnement suivantes gamme de fréquence de 20 à 100 MHz, - diamètre des inductances de 20 mm à 250 mm, - nombre de spires : de 4 à 18 spires.
Quatre spires correspondent à la fréquence de 100 MHz et 20 spires correspondent à la fréquence 20 MHz.
Grâce à l'invention, le traitement de gaz combustibles fortement dilués peut être envisagé sans utilisation d'un catalyseur du type céramique ou mousse de platine, la mise en oeuvre étant simplifiée et le coût d'exploitation réduit.
En revenant maintenant à la figure 1, on voit que le condensateur de contre-réaction 18 associé à la capacité propre de la lampe 4 permet par déplacement de ses contacts mobiles le long des lignes 6 et 17 le réglage du point de fonctionnement du générateur à haute fréquence.
Le circuit oscillant 15 à constante répartie constitué d'un corps parallélépipédique 16 en métal conducteur de préférence en aluminium permet d'obtenir à faible coût des caractéristiques LC qui dépendent de la géométrie et des dimensions dudit corps et qui déterminent la fréquence d'oscillation souhaitée comprise de préférence entre 20 et 100 MHz.
Le générateur à haute fréquence qui fait partie du dispositif de traitement représenté à la figure 1 permet de traiter indifféremment des produits qui demandent des couplages électrostatiques, des couplages électromagnétiques ou bien un couplage électrostatique élevé en début de processus et un couplage électromagnétique élevé en cours du processus de traitement combiné ou non avec un couplage électrostatique.
Avec un produit solide, liquide ou gazeux, la température de flamme obtenue grâce au dispositif et au procédé de l'invention peut être réduite par rapport à celle des systèmes antérieurs, car il est possible de créer une flamme de grande longueur et de grand diamètre. On a pu obtenir expérimentalement des flammes de longueur supérieure à 30 m et de diamètre supérieur à 100 mm.
Selon une application particulièrement avantageuse, l'invention permet le traitement des effluents gazeux qui contiennent, le plus souvent, des particules solides de diamètre moyen compris entre 1 et 3 microns. Ces particules sono, pour la plupart, recouvertes d'une gangue organïque qui est susceptible de leur conférer des propriétés pathogènes. II s'avère qu'après traitement grâce au procédé ou au dispositif de l'invention, la quantité de particules présentes dans le gaz est réduite dans un rapport de 5 à 1, alors que leur diamètre moyen est réduit dans une plage comprise entre 0,3 et 0,5 microns. Par ailleurs, après traitement, les particules sont exemptes de gangue organique.
Le passage des gaz dans le conduit tubulaire 1 entouré par l'inductance 2 faït appel aux mêmes propriétés que le passage des matières pulvérulentes.
Après application de la puissance au générateur à haute fréquence 3, il se produit un champ électrique intense entre les spires 30 de l'inductance 2, ce champ électrique étant fonction du coefficient de surtension et de la c;~pacité
répartie entre spires.
L'amorçage se fait par étincelage entre l'une des spires 30 et un corps conducteur placé à proximité de celle-ci. Ensuite, l'étincelle constituant un microplasma conducteur, le couplage électromagnétique intervient sur ce microplasma et provoque une réaction en chaîne intéressant tout l'espace intérieur de la bobine 2 non soumis à un refroidissement.
11 est possible d'adjoindre à l'inductance 2 des inductances supplémentaires connectées en parallèle aux bornes du générateur à haute fréquence et disposées le long du conduit tubulaire 1 de confinement du produit à traiter. Un tel agencement permet d'obtenir des flammes de plasma de longueurs très importantes.
On a constaté par expérience que les inductances sont judicieusement disposées si l'espace entre deux inductances correspond à un diamètre D de l'inductance.
On a également déterminé expérimentalement les conditions de fonctionnement suivantes gamme de fréquence de 20 à 100 MHz, - diamètre des inductances de 20 mm à 250 mm, - nombre de spires : de 4 à 18 spires.
Quatre spires correspondent à la fréquence de 100 MHz et 20 spires correspondent à la fréquence 20 MHz.
Grâce à l'invention, le traitement de gaz combustibles fortement dilués peut être envisagé sans utilisation d'un catalyseur du type céramique ou mousse de platine, la mise en oeuvre étant simplifiée et le coût d'exploitation réduit.
En revenant maintenant à la figure 1, on voit que le condensateur de contre-réaction 18 associé à la capacité propre de la lampe 4 permet par déplacement de ses contacts mobiles le long des lignes 6 et 17 le réglage du point de fonctionnement du générateur à haute fréquence.
Le circuit oscillant 15 à constante répartie constitué d'un corps parallélépipédique 16 en métal conducteur de préférence en aluminium permet d'obtenir à faible coût des caractéristiques LC qui dépendent de la géométrie et des dimensions dudit corps et qui déterminent la fréquence d'oscillation souhaitée comprise de préférence entre 20 et 100 MHz.
Le générateur à haute fréquence qui fait partie du dispositif de traitement représenté à la figure 1 permet de traiter indifféremment des produits qui demandent des couplages électrostatiques, des couplages électromagnétiques ou bien un couplage électrostatique élevé en début de processus et un couplage électromagnétique élevé en cours du processus de traitement combiné ou non avec un couplage électrostatique.
Avec un produit solide, liquide ou gazeux, la température de flamme obtenue grâce au dispositif et au procédé de l'invention peut être réduite par rapport à celle des systèmes antérieurs, car il est possible de créer une flamme de grande longueur et de grand diamètre. On a pu obtenir expérimentalement des flammes de longueur supérieure à 30 m et de diamètre supérieur à 100 mm.
Selon une application particulièrement avantageuse, l'invention permet le traitement des effluents gazeux qui contiennent, le plus souvent, des particules solides de diamètre moyen compris entre 1 et 3 microns. Ces particules sono, pour la plupart, recouvertes d'une gangue organïque qui est susceptible de leur conférer des propriétés pathogènes. II s'avère qu'après traitement grâce au procédé ou au dispositif de l'invention, la quantité de particules présentes dans le gaz est réduite dans un rapport de 5 à 1, alors que leur diamètre moyen est réduit dans une plage comprise entre 0,3 et 0,5 microns. Par ailleurs, après traitement, les particules sont exemptes de gangue organique.
Claims (20)
1. Procédé de traitement à haute fréquence d'un produit solide,liquide ou gazeux consistant à faire passer le produit dans une inductance (2) alimentée par un générateur à haute fréquence (3), caractérisé en ce que l'inductance (2) comporte des spires non jointives, et en ce qu'il consiste à soumettre le produit à
un traitement capacitif sous l'effet de l'impédance capacitive entre les spires de l'inductance puis à soumettre le produit à un traitement inductif sous l'effet de l impédance inductive de ladite inductance.
un traitement capacitif sous l'effet de l'impédance capacitive entre les spires de l'inductance puis à soumettre le produit à un traitement inductif sous l'effet de l impédance inductive de ladite inductance.
2. Inductance de traitement de produits destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comprenant plusieurs spires (30) qui forment un passage pour un produit à traiter, caractérisée en ce que l'écartement (e) des spires (30) et/ou leur diamètre (D) et/ou le diamètre (d) du conducteur formant l'inductance sont fonction de la fréquence du signal d'alimentation de l' inductance.
3. Inductance suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'écartement (e) entre les spires (30) de celle-ci est compris entre 2 et 20 mm.
4. Inductance suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisée an ce que le diamètre (D) des spires est compris entre 20 et 250 mm.
5. Inductance suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le diamètre (d) du fil constituant l'inductance est compris entre 2 et mm.
6. Générateur à haute fréquence connecté pour alimenter une inductance suivant l'une des revendications 3 à 5, pour le traitement par un signal haute fréquence d'un produit solide, liquide ou gazeux, par mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une seule lampe oscillatrice de puissance (4) connectée à une ligne d'alimentation à
haute tension. un circuit oscillant à constante répartie (15) dont les caractéristiques L,C
déterminent la fréquence d'oscillation souhaitée du générateur, ledit circuit oscillant (15) étant connecté à l'anode de la lampe oscillatrice (4) par l'intermédiaire d'un condensateur (14) d'isolation vis à vis de la composante continue de l'alimentation à haute tension, la ligne d'alimentation à haut tension étant reliée à la cathode (5) de la lampe (4) par l'intermédiaire d'un élément (6,17,18) de détermination de la tension et de la phase du signal à haute fréquence, faisant partie d'un circuit de réaction complexe connecté entre le circuit oscillant (15) et la cathode (5) de la lampe oscillatrice (4).
haute tension. un circuit oscillant à constante répartie (15) dont les caractéristiques L,C
déterminent la fréquence d'oscillation souhaitée du générateur, ledit circuit oscillant (15) étant connecté à l'anode de la lampe oscillatrice (4) par l'intermédiaire d'un condensateur (14) d'isolation vis à vis de la composante continue de l'alimentation à haute tension, la ligne d'alimentation à haut tension étant reliée à la cathode (5) de la lampe (4) par l'intermédiaire d'un élément (6,17,18) de détermination de la tension et de la phase du signal à haute fréquence, faisant partie d'un circuit de réaction complexe connecté entre le circuit oscillant (15) et la cathode (5) de la lampe oscillatrice (4).
7. Générateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit oscillant (15) à constante réparte comporte un corps métallique creux parallélépipédique (16) sans fond dont le périmètre constitue l'inductance et dont les surfaces en regard les unes des autres deux à deux forment la capacité, l'une desdites faces latérales dudit élément métallique étant prolongée par un élément de ligne (17) de liaison dudit circuit oscillant (15) audit circuit de réaction.
8. Générateur suivant l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'élément de détermination de la tension et de la phase du signal haute fréquence comporte une ligne (6) d'une longueur égale à une fraction de longueur d'onde du signal à hauts fréquence, au plus égale à .lambda./4, connectée entre la cathode (5) de la lampe oscillatrice (4) et la borne négative de la ligne d'alimentation à haute tension.
9. Générateur suivant l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le circuit de réaction comporte un condensateur (18) connecté entre ladite ligne (6) de longueur égale à une fraction de longueur d'onde et l'élément de ligne (17) relié au circuit oscillant (15).
10. Générateur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le condensateur (18) du circuit de réaction est connecté à la ligne (6) de longueur égale à une fraction de longueur d'onde et à l'élément de ligne (17) relié au circuit oscillant par des contacts (19,20) mobiles le long de ladite ligne (6) et dudit élément de ligne (17).
11. Générateur suivant l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que l'élément de détermination de la tension et de la phase du signal à
haute fréquence est une plaque plane (6) en métal, bon conducteur de l'électricité
tel que l'aluminium.
haute fréquence est une plaque plane (6) en métal, bon conducteur de l'électricité
tel que l'aluminium.
12. Dispositif de traitement à haute fréquence d'un produit liquide, solide ou gazeux comprenant au moins une inductance (2) de traitement entourant un conduit tubulaire (1) destiné à être traversé par un courant du produit à
traiter, ladite inductance (2) étant alimentée par un générateur à haute fréquence (3), caractérisé en ce que l'inductance (2) est une inductance suivant l'une des revendications 2 à 5, et le générateur a haute fréquence (3) est un générateur suivant l'une des revendications 6 à 11, l'inductance (2) étant reliée au générateur haute fréquence (3) par un cadre (22) couplé par mutuelle induction, au circuit oscillant (15), deux, lignes (24,25) d'adaptation reliant le cadre (22) à
l'inductance (2) et un condensateur d'accord (27) formant avec l'inductance un circuit rèsonnant à la fréquence du circuit oscillant (15).
traiter, ladite inductance (2) étant alimentée par un générateur à haute fréquence (3), caractérisé en ce que l'inductance (2) est une inductance suivant l'une des revendications 2 à 5, et le générateur a haute fréquence (3) est un générateur suivant l'une des revendications 6 à 11, l'inductance (2) étant reliée au générateur haute fréquence (3) par un cadre (22) couplé par mutuelle induction, au circuit oscillant (15), deux, lignes (24,25) d'adaptation reliant le cadre (22) à
l'inductance (2) et un condensateur d'accord (27) formant avec l'inductance un circuit rèsonnant à la fréquence du circuit oscillant (15).
13. Dispositif de traitement suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les lignes d'adaptation (24,25) et le condensateur d'accord (27) sont montés dans un élément de blindage (26).
14. Dispositif de traitement suivant l'une des revendications 12 et 13, destiné au traitement de produits pulvérulents, caractérisé en ce que la fréquence de fonctionnement du générateur à haute fréquence (3) est comprise entre 10 et 100 MHz et de préférence entre 50 et 100 MHz.
15. Dispositif de traitement suivant la revendication 14, caractérisé en ce que la longueur (L) de l'inductance (2) est égale à 1,5 fois son diamètre (D) et l'écartement (e) entre spires (30) de l'inductance est compris entre 5 mm pour des matériaux de faible granulométrie et 20 mm pour des matériaux de granulométrie plus élevée.
16. Dispositif du traitoment suivant la revendication 14, destiné au traitement de produits tels que des boues, caractérisé en ce que, pour une fréquence de fonctionnement du générateur à haute fréquence (3) égale à 90 MHz, l'écartement optimal (e) entre spires de l'inductance est de 2 à 3 mm.
17. Dispositif de traitement suivant l'une des revendications 12 et 13, destiné au traitement de produits gazeux, caractérisé en ce que la fréquence de fonctionnement du générateur à haute fréquence (3) est comprise entre 20 et MHz.
18.Dispositif de traitement suivant la revendication 16, caractérisé en ce que le diamètre de l'inductance (2) est compris entre 20 et 250 mm, el ~~
nombre de spires (30) de l'inductance (2) est compris entre 4 et 18.
nombre de spires (30) de l'inductance (2) est compris entre 4 et 18.
19. Utilisation du procédé selon la revendication 1 ou d'un matériel selon l'une des revendications 2 à 18, peur réduire la quantité et la taille moyenne de particules solides dans un gaz.
20. Utilisation du procédé selon la revendication 1 ou d'un materiel selon l'une des revendications 2 à 18, pour débarrasser des particules solides d'une gangue organique.
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