EP2939317A1 - Chargeur d'aérosol concentrique par décharge électrique - Google Patents

Chargeur d'aérosol concentrique par décharge électrique

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EP2939317A1
EP2939317A1 EP13814978.6A EP13814978A EP2939317A1 EP 2939317 A1 EP2939317 A1 EP 2939317A1 EP 13814978 A EP13814978 A EP 13814978A EP 2939317 A1 EP2939317 A1 EP 2939317A1
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EP
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electrode
aerosol
charger
voltage
narrowed portion
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EP13814978.6A
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EP2939317B1 (fr
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Jean-Pascal Borra
Manuel ALONSO
Nicolas JIDENKO
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Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Sud
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Sud
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T23/00—Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
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    • B05B5/0533—Electrodes specially adapted therefor; Arrangements of electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B5/0533—Electrodes specially adapted therefor; Arrangements of electrodes
    • B05B5/0535—Electrodes specially adapted therefor; Arrangements of electrodes at least two electrodes having different potentials being held on the discharge apparatus, one of them being a charging electrode of the corona type located in the spray or close to it, and another being of the non-corona type located outside of the path for the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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    • B05B5/057—Arrangements for discharging liquids or other fluent material without using a gun or nozzle
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/47—Generating plasma using corona discharges
    • H05H1/471—Pointed electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a device for loading an aerosol and more particularly to a device for charging an aerosol using a continuous discharge type crown.
  • None of the devices heretofore proposed can effectively reduce both the aerosol collection on the electrodes and the collection of ions produced by the discharge on the walls of the charger.
  • the invention overcomes at least one of the aforementioned drawbacks by providing a device for charging the particles more efficiently by limiting both the loss of ions on the walls and the aerosol collection on the electrodes.
  • the invention provides an electric discharge aerosol charger comprising a body, an ion source comprising two electrodes; the charger being characterized in that the body and at least a first electrode of the ion source are aligned on a same axis of longitudinal symmetry of the charger, the body surrounding the first electrode so as to define a circulation zone of a aerosol between a space defined between the body and the first electrode; and in that the first electrode comprises an orifice in communication with the aerosol circulation zone, the orifice being adapted to pass ions formed at the ion source so that they mix with an aerosol circulating in the aerosol circulation zone.
  • the ion source further comprises a second electrode aligned with the body and the first electrode on the longitudinal axis of symmetry of the charger;
  • the second electrode is a tip or a wire
  • the body is a duct constituted by a first flared segment and a second straight segment, the first electrode being positioned at the center of the first flared segment;
  • the first electrode is of frustoconical shape, the body being constituted by a cone extended by a tube;
  • the first electrode consists of two plates that are symmetrical to one another with respect to the longitudinal axis of symmetry of the charger;
  • the aerosol charger further comprises a voltage generator for establishing a DC voltage between the first and the second electrode;
  • the aerosol charger further comprises a ballast resistor placed in series with the generator;
  • the first electrode is composed of a layer of insulating material surrounded by an outer metal layer and an inner metal layer, the charger further comprising a voltage generator making it possible to establish a DC voltage between the two metal layers of the electrode;
  • the aerosol charger further comprises a voltage generator for establishing a DC voltage between the outer metal layer of the first electrode and the body;
  • the aerosol charger further comprises successive polarized rings of the same polarity as the particles and positioned at the narrowed portion of the body, so as to confine the ions in the center of the narrowed part of the body by electrostatic repulsion;
  • the narrowed part of the body consists of two semicylindrical electrodes, powered by an alternating current generator, so as to form an oscillating field in the narrowed part of the body;
  • the narrowed part of the body consists of three electrodes fed by a three-phase current generator, so as to form a rotating field in the narrowed part of the body.
  • the invention finds particular application in the measurement of size and concentration of aerosols by the use of an electric mobility analyzer.
  • the particles are introduced in the form of an aerosol in the charger according to the invention where they receive a defined charge.
  • the particles are sorted by an electrostatic field in a differential mobility analyzer. Aerosols are then counted by electric mobility range. Since electrical mobility is related to particle size, a data inversion gives the size distribution of the particles.
  • the invention is also applicable in various processes requiring a very good control of the charge of the particles and in particular the filtration by electrostatic collection of particles in suspension, the focused deposition of particles, or bipolar coagulation.
  • FIGS. 1a and 1b are representations in space of two device variants according to the invention.
  • FIGS. 2 and 3 are views in longitudinal section of two variants of aerosol feeder according to the invention.
  • FIG. 4 represents the current-voltage characteristic of a plasma discharge obtained with the invention
  • FIG. 5a is a representation in space of an alternative device according to the invention.
  • a crown discharge aerosol charger according to the invention comprises a body 2, a second electrode 31 in the form of a tip and a first electrode 32.
  • the first 32 electrode and the second 31 electrode define between them a ion source 3 where corona ions are formed.
  • the distance between the first electrode and the second electrode is typically between 1 and 10 mm.
  • the first electrode may also be a wire or any other object having a small radius of curvature.
  • the aerosol charger further comprises a voltage generator 6 which makes it possible to establish a DC voltage between the first 32 and the second 31 electrodes in order to generate, by a corona effect, ions between the two electrodes 31 and 32.
  • the body 2 and the first electrode 32 are hollow and are aligned with the second electrode 31 on the same axis of longitudinal symmetry AA 'of the charger.
  • the body 2 surrounds the first electrode 32 so as to define a zone 5 for circulating an aerosol Ae between a space defined between the body 2 and the first electrode 32.
  • the aerosol Ae to be charged is injected between the body 2 and the first electrode 32.
  • the first electrode 32 comprises an orifice 321, 321 ', 321 "in communication with the circulation zone 5 of the aerosol Ae, the orifice 321, 321', 321” being adapted to pass through ions formed by corona discharge between the first 32 and second 31 electrodes so that they mix with the aerosol Ae circulating in the aerosol circulation zone Ae.
  • the ions are injected at the center of the particles to be charged, which has the effect of limiting the ion losses on the walls of the charger.
  • a flow of dry air Ai is introduced into the orifice 321, 321 ', 321 "so as to drive the ions formed by corona discharge to the circulation zone 5 of the aerosol Ae.
  • the aerosol Ae is post-discharged and the ions are extracted from the ion source 3 by convection and mixed with the aerosol Ae, thus limiting the aerosol collection on the electrodes 32 and 31 and thus the destabilization of the discharge.
  • the body 2, 2 ', or 2 " is a conduit consisting of a first flared segment 21, 21', or 21" and a second straight segment 22, 22 ', or 22 ". in the center of the flared portion 21, 21 ', 21 "of the body 2, 2', 2".
  • the first electrode 32 ' is of hollow frustoconical shape so as to guide the flow dry air Ai towards the orifice 321, 321 ', 321 "
  • the body 2' consists of a cone 21 'extended by a tube 22'
  • the first electrode 32 ' is placed in the center of the body 2 in that the aerosol flow injected between the first electrode 32 'and the hollow cone 21' is evacuated by the tube 22 'after being charged with ions at the orifice of the first electrode 321 , 321 ', 321 ".
  • the first electrode 32 "consists of two plates symmetrical to each other with respect to the axis of longitudinal symmetry AA 'of the charger. a rectangular section conduit consisting of a first flared segment 21 "and a second straight segment 22".
  • the current characteristic I / voltage T of a plasma discharge is not linear.
  • the current characteristic I / voltage T of a plasma discharge depends on the polarity of the second electrode 31.
  • the succession of subsequent discharge regimes is observed.
  • the electric field applied between the two electrodes 31 and 32 causes only ions and electrons present in the air because of the ambient radioactivity. These ions and electrons migrate to the electrodes 31 and 32 in the applied electric field producing a small current.
  • the regime is called "Background ionization". If the voltage between the electrodes 31 and 32 is sufficiently increased, all the electrons produced by radioactivity are captured and the current saturates.
  • the current then increases exponentially with the voltage. This system is called the "Townsend” regime. If the voltage is further increased, the discharge goes into the “Trichel” regime in which the current is pulsed and then “Corona” in which the instantaneous current is constant. If the voltage is further increased, the electric point of rupture is reached: electrons are emitted by the cathode following an impact with an ion or a photon and the current drops. The discharge then enters the so-called “Glow” regime. If the voltage increases until the electrodes 31 and 32 become hot enough for the cathode to emit ions thermally, there is a transition to the arc.
  • the succession of the discharge regimes is as follows. We first observe the Townsend regime and then the "Corona” regime. If the current is further increased, the discharge filament joins the two electrodes. This regime is called the “streamer” regime. Finally, if the voltage increases until the electrodes 31 and 32 become hot enough for the cathode to emit ions thermally, there is a transition to the arc.
  • the "Trichel” diet, the "Corona” diet and the “Glow” diet are the most favorable diets for the formation of charged species.
  • the "streamer” mode is excluded because the filaments vaporize a portion of the electrodes which leads to the formation of particles.
  • the voltage applied between the first electrode 32 and the second electrode 31 makes it possible to determine the discharge regime. In the case of “Trichel” and “Corona” regimes, it is not necessary to add a Ballast resistor to stabilize the discharge.
  • a ballast resistor 61 placed in series with the generator 6 is preferably added in order to stabilize the discharge in the "Glow” regime.
  • the concentric injection of the ions in the center of the particles to be charged makes it possible to limit the losses of ions on the walls of the charger. However, some of the ions are still collected on the wafer 323 of the first electrode 31 during their passage through the orifice 321, 321 ', 321 "of the first electrode to further limit these losses, the first electrode 32 may be composed of a layer of insulating material 324 (with reference to FIG.
  • the charger further comprising a voltage generator 7 for establishing a DC voltage between the two metal layers 322 and 326 of the electrode, typically a few hundred Voltage difference between the two metal layers 322 and 326 of the first electrode 32 creates an electrostatic field which makes it possible to increase the speed of the ions during their passage through the orifice 321, 321 ', 321 "and so limit the amount of ions collected on the first electrode 32 at the orifice 321, 321 ', 321 ".
  • a fraction of the ions extracted from the orifice 321, 321 ', 321 "of the first electrode 32 is collected on the outer metal layer 322 of the first electrode 32, this fraction is useless for the aerosol charge.
  • a voltage generator 8 (with reference to FIG. 3) making it possible to establish a DC voltage, typically of a few hundred volts, between the outer metal layer 326 of the first electrode 32 and the body 2.
  • the potential difference between the first electrode 32 and the body 2 creates an electrostatic field between the body 2 and the first electrode 32 which limits the collection of ions collected on the first electrode 32.
  • FIGS. 5a, 5b and 5c three embodiments of a device according to the invention will now be described.
  • the narrowed portion 22, 22 ', 22 "of the body 2, 2', 2" may consist of two semicylindrical electrodes, powered by an alternating current generator 24 (with reference to FIG. 5b), so as to form an oscillating field in the narrowed portion 22, 22 ', 22 "of the body 2, 2', 2".
  • the narrowed portion 22, 22 ', 22 "of the body 2, 2', 2" may consist of three electrodes supplied by a three-phase current generator 25 (with reference to FIG. 5c), so as to form a field rotating in the narrowed portion 22, 22 ', 22 "of the body 2, 2', 2".

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Abstract

• 14. L'invention concerne un chargeur d'aérosol à décharge électrique comprenant : • - un corps (2); • - une source d'ions (3) comprenant deux électrodes (31, 32); le chargeur étant caractérisé en ce que • - le corps (2) et au moins une première électrode (32) de la source d'ions (3) sont alignés sur un même axe de symétrie longitudinal (ΑΑ') du chargeur, le corps (2) entourant la première électrode (32) de manière à définir une zone (5) de circulation d'un aérosol entre un espace défini entre le corps (2) et la première électrode (32); et en ce que • - la première électrode (32) comprend un orifice (321) en communication avec la zone (5) de circulation de l'aérosol (Ae), l'orifice (321) étant adapté pour laisser passer des ions formés au niveau de la source d'ions (3) afin qu'ils se mélangent avec un aérosol (Ae) circulant dans la zone (5) de circulation d'aérosol (Ae).

Description

CHARGEUR D'AEROSOL CONCENTRIQUE PAR DECHARGE ELECTRIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un dispositif pour charger un aérosol et elle concerne plus particulièrement, un dispositif pour charger un aérosol utilisant une décharge continue de type couronne.
ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît divers types de dispositifs utilisant une décharge couronne pour charger un aérosol. Cependant, ces dispositifs présentent de nombreux inconvénients.
D'une part, une partie importante des ions produits par ses chargeurs sont collectés sur les parois du chargeur. Des améliorations ont été proposées afin de réduire la quantité d'ions collectés sur les parois. Le document US 201 1/009061 1 , par exemple, décrit un chargeur dans lequel un flux d'air rapide est créé à proximité de la paroi interne du chargeur de manière à réduire la collection d'ions sur les parois. Toutefois, dans ce type de dispositif, les électrodes sont en contact avec l'aérosol : une fraction des aérosols se charge par collection d'ions produits par la décharge et une fraction de cette fraction est collectée électrostatiquement sur les électrodes, ce qui a pour conséquence une modification de la forme et de la nature des électrodes et donc une modification de la décharge et un problème de stabilité de la décharge. Les décharges électriques produisent des espèces gazeuses réactives qui peuvent réagir avec les espèces gazeuses de l'aérosol pour former des espèces gazeuses condensables à l'origine de nouvelles particules qui affectent la distribution granulométrique de l'aérosol à caractériser. Les décharges électriques produisent par ailleurs de l'ozone et des oxydes d'azote, ces espèces gazeuses sont oxydantes et sont donc susceptibles de détériorer les matériaux ou de présenter des effets nocifs pour la santé. Il a été proposé des dispositifs dans lesquels les ions sont produits en dehors de la zone de circulation de l'aérosol puis entraînés par un flux d'air en direction de la zone de circulation de l'aérosol. Toutefois dans ce type de dispositif, une partie importante des ions produits est collectée sur les parois du chargeur.
Aucun des dispositifs jusqu'ici proposés ne permet de réduire efficacement à la fois la collection d'aérosol sur les électrodes et la collection des ions produits par la décharge sur les parois du chargeur.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention permet de pallier au moins un des inconvénients précités en proposant un dispositif permettant de charger les particules plus efficacement en limitant à la fois la perte d'ions sur les parois et la collection d'aérosol sur les électrodes.
A cet effet, l'invention propose un chargeur d'aérosol à décharge électrique comprenant un corps, une source d'ions comprenant deux électrodes ; le chargeur étant caractérisé en ce que le corps et au moins une première électrode de la source d'ions sont alignés sur un même axe de symétrie longitudinal du chargeur, le corps entourant la première électrode de manière à définir une zone de circulation d'un aérosol entre un espace défini entre le corps et la première électrode; et en ce que la première électrode comprend un orifice en communication avec la zone de circulation de l'aérosol, l'orifice étant adapté pour laisser passer des ions formés au niveau de la source d'ions afin qu'ils se mélangent avec un aérosol circulant dans la zone de circulation d'aérosol.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l'une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - la source d'ions comprend en outre une seconde électrode alignée avec le corps et la première électrode sur l'axe de symétrie longitudinal du chargeur ;
- la seconde électrode est une pointe ou un fil ;
- le corps est un conduit constitué d'un premier segment évasé et d'un second segment droit, la première électrode étant positionnée au centre du premier segment évasé ;
- la première électrode est de forme tronconique, le corps étant constitué d'un cône prolongé par un tube ;
- la première électrode est constituée de deux plaques symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe de symétrie longitudinal du chargeur ;
- le chargeur d'aérosol comprend en outre un générateur de tension permettant d'établir une tension continue entre la première et la seconde électrode ;
- le chargeur d'aérosol comprend en outre une résistance de ballast placé en série avec le générateur ;
- la première électrode est composée d'une couche de matériau isolant entourée d'une couche métallique externe et d'une couche métallique interne, le chargeur comprenant en outre un générateur de tension permettant d'établir une tension continue entre les deux couches métalliques de l'électrode ;
- le chargeur d'aérosol comprend en outre un générateur de tension permettant d'établir une tension continue entre la couche métallique externe de la première électrode et le corps ;
- le chargeur d'aérosol comprend en outre des anneaux successifs polarisés de la même polarité que les particules et positionnés au niveau de la partie rétrécie du corps, de manière à confiner les ions au centre de la partie rétrécie du corps par répulsion électrostatique ; - la partie rétrécie du corps est constituée de deux électrodes hémicylindrique, alimentées par un générateur de courant alternatif, de manière à former un champ oscillant dans la partie rétrécie du corps ;
- la partie rétrécie du corps est constituée de trois électrodes alimentées par un générateur de courant triphasé, de manière à former un champ tournant dans la partie rétrécie du corps.
L'invention trouve notamment application dans la mesure de taille et de concentration des aérosols par l'utilisation d'un analyseur de mobilité électrique. Les particules sont introduites sous forme d'un aérosol dans le chargeur selon l'invention où elles reçoivent une charge définie. Les particules sont triées par un champ électrostatique dans un analyseur de mobilité différentiel. Les aérosols sont alors comptés par gamme de mobilité électrique. La mobilité électrique étant reliée à la taille de particules, une inversion des données permet d'obtenir la distribution en taille des particules.
L'invention trouve également application dans différents procédés nécessitant une très bonne maîtrise de la charge des particules et notamment la filtration par collection électrostatiques des particules en suspension, le dépôt focalisé de particules, ou la coagulation bipolaire.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée à titre d'exemple non-limitatif et faite en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un chargeur d'aérosol selon l'invention ; - les figures 1 bis et 1ter sont des représentations dans l'espace de deux variantes de dispositif selon l'invention ;
- les figures 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinale de deux variantes de chargeur d'aérosol selon l'invention ;
- la figure 4 représente la caractéristique courant-tension d'une décharge plasma obtenue avec l'invention ;
- la figure 5a est une représentation dans l'espace d'une variante de dispositif selon l'invention ;
- les figures 5b et 5c sont des vues en coupe transverse de deux variantes de dispositif selon l'invention ;
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
En référence à la figure 1 un chargeur d'aérosol à décharge couronne selon l'invention comprend un corps 2, une seconde électrode 31 en forme de pointe et une première électrode 32. La première 32 électrode et la seconde 31 électrode définissent entre elles une source d'ions 3 où sont formés des ions par effet couronne. La distance entre la première électrode et la seconde électrode est typiquement comprise entre 1 et 10 mm. La première électrode peut également être un fil ou tout autre objet présentant un rayon de courbure faible.
Le chargeur d'aérosol comprend en outre un générateur 6 de tension qui permet d'établir une tension continue entre la première 32 et la seconde 31 électrode afin de générer, par effet couronne, des ions entre les deux électrodes 31 et 32. Le corps 2 et la première électrode 32 sont creux et sont alignés avec la seconde électrode 31 sur un même axe de symétrie longitudinal AA' du chargeur. Le corps 2 entoure la première électrode 32 de manière à définir une zone 5 de circulation d'un d'aérosol Ae entre un espace défini entre le corps 2 et la première électrode 32. L'aérosol Ae à charger est injecté entre le corps 2 et la première électrode 32. La première électrode 32 comprend un orifice 321 , 321 ', 321 " en communication avec la zone 5 de circulation de l'aérosol Ae, l'orifice 321 , 321 ', 321 " étant adapté pour laisser passer des ions formés par décharge couronne entre la première 32 et la seconde 31 électrode afin qu'ils se mélangent avec l'aérosol Ae circulant dans la zone 5 de circulation d'aérosol Ae. Les ions sont injectés au centre des particules à charger, ce qui a pour effet de limiter les pertes d'ions sur les parois du chargeur.
De manière avantageuse, un flux d'air sec Ai est introduit dans l'orifice 321 , 321 ', 321 " de manière à entraîner les ions formés par décharge couronne vers la zone 5 de circulation de l'aérosol Ae. La charge de l'aérosol Ae a lieu en postdécharge. Les ions sont extraits de la source d'ion 3 par convexion et mélangés à l'aérosol Ae, limitant ainsi la collection d'aérosol sur les électrodes 32 et 31 et donc la déstabilisation de la décharge.
Le corps 2, 2', ou 2" est un conduit constitué d'un premier segment évasé 21 , 21 ', ou 21 " et d'un second segment droit 22, 22', ou 22". La première électrode 32 est placée au centre de la partie évasée 21 ,21 ', 21 " du corps 2, 2', 2". En référence aux figures 1 bis et 1 ter nous allons maintenant décrire deux variantes de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
Dans une première variante de réalisation illustrée par la figure 1 bis, la première électrode 32' est de forme tronconique creuse de manière à guider le flux d'air sec Ai en direction de l'orifice 321 , 321 ', 321 ". Le corps 2' est constitué d'un cône 21 ' prolongé par un tube 22'. La première électrode 32' est placée au centre du corps 2' de manière à ce que le flux d'aérosol injecté entre la première électrode 32' et le cône creux 21 ' s'évacue par le tube 22' après s'être chargé en ions au niveau de l'orifice de la première électrode 321 , 321 ', 321 ".
Dans une seconde variante de réalisation illustrée par la figure 1 ter, la première électrode 32" est constituée de deux plaques symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe de symétrie longitudinal AA' du chargeur. Le corps 2" est un conduit de section rectangulaire constitué d'un premier segment évasé 21 " et d'un second segment droit 22".
Comme on peut le voir sur la figure 4, la caractéristique courant I / tension T d'une décharge plasma n'est pas linéaire. La caractéristique courant I / tension T d'une décharge plasma dépend de la polarité de la seconde électrode 31 . Dans le cas où la seconde électrode 31 est à un potentiel plus élevé que la première électrode 32, on observe la succession de régimes de décharge suivante. Lorsque la tension est relativement faible, le champ électrique appliqué entre les deux électrodes 31 et 32 entraine uniquement les ions et les électrons présents dans l'air à cause de la radioactivité ambiante. Ces ions et électrons migrent vers les électrodes 31 et 32 dans le champ électrique appliqué en produisant un faible courant. On appelle se régime le régime « Background ionisation ». Si on augmente suffisamment la tension entre les électrodes 31 et 32, tous les électrons produits par radioactivité sont captés et le courant sature. Si la tension augmente jusqu'à ce que les électrons initialement présents dans le gaz acquièrent une énergie suffisant pour ioniser un atome neutre, le courant augmente alors de manière exponentielle avec la tension. On appelle ce régime le régime de « Townsend » Si on augmente encore la tension, la décharge entre dans le régime de « Trichel » dans lequel le courant est impulsionnel puis le régime « Corona » dans lequel le courant instantané est constant. Si on augmente encore la tension, on atteint le point de rupture électrique : des électrons sont émis par la cathode suite à un impact avec un ion ou un photon et le courant chute. La décharge entre alors dans le régime dit de « Glow ». Si la tension augmente jusqu'à ce que les électrodes 31 et 32 deviennent suffisamment chaudes pour que la cathode émette des ions thermiquement, on observe un passage à l'arc.
Dans le cas où la seconde électrode 31 est à un potentiel plus faible que la première électrode 32, la succession des régimes de décharge est la suivante. On observe d'abord le régime de Townsend, puis le régime « Corona ». Si on augmente encore le courant, le filament de décharge joint les deux électrodes. On appelle ce régime le régime « streamer » .Enfin, si la tension augmente jusqu'à ce que les électrodes 31 et 32 deviennent suffisamment chaudes pour que la cathode émette des ions thermiquement, on observe un passage à l'arc .
Le régime «Trichel», le régime « Corona » et le régime « Glow » sont les régimes les plus propices à la formation d'espèces chargées. Le régime « streamer » est exclu car les filaments vaporisent une partie des électrodes ce qui conduit à la formation de particules. La tension appliquée entre la première électrode 32 et la seconde électrode 31 permet de déterminer le régime de décharge. Dans le cas des régimes « Trichel » et « Corona », il n'est pas nécessaire d'ajouter une résistance de Ballast pour stabiliser la décharge. En revanche, dans le cas du régime « Glow », on ajoute préférentiellement une résistance de ballast 61 placée en série avec le générateur 6 afin de stabiliser la décharge dans le régime «Glow».
L'injection concentrique des ions au centre des particules à charger permet de limiter les pertes d'ions sur les parois du chargeur. Cependant une partie des ions est encore collectée sur la tranche 323 de la première électrode 31 lors de leur passage par l'orifice 321 , 321 ', 321 " de la première électrode. Pour limiter encore ces pertes, la première électrode 32 peut être composée d'une couche de matériau isolant 324 (en référence à la figure 2), entourée d'une couche métallique externe 322 et d'une couche métallique interne 326, le chargeur comprenant en outre un générateur 7 de tension permettant d'établir une tension continue entre les deux couches métalliques 322 et 326 de l'électrode, typiquement de quelques centaines de volt. La différence de tension entre les deux couches métalliques 322 et 326 de la première électrode 32 crée un champ électrostatique qui permet d'augmenter la vitesse des ions lors de leur passage par l'orifice 321 , 321 ', 321 " et ainsi de limiter la quantité d'ions collectés sur la première électrode 32 au niveau de l'orifice 321 , 321 ', 321 ".
Par ailleurs, une fraction des ions extraits de l'orifice 321 , 321 ', 321 " de la première électrode 32 est collectée sur la couche métallique externe 322 de la première électrode 32, cette fraction est inutile pour la charge des aérosols. Pour limiter cet effet, on ajoute avantageusement un générateur 8 de tension (en référence à la figure 3) permettant d'établir une tension continue, typiquement de quelques centaines de volt, entre la couche métallique externe 326 de la première électrode 32 et le corps 2. La différence de potentiel entre la première électrode 32 et le corps 2 crée un champ électrostatique entre le corps 2 et la première électrode 32 qui limite la collection des ions collectés sur la première électrode 32.
En références aux figures 5a, 5b et 5c nous allons maintenant décrire trois variantes de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
Afin de limiter les pertes de particules sur les parois du corps 2, 2' ou 2", on peut avantageusement placer des anneaux 23 (en référence à la figure 5a) successifs polarisés de la même polarité que les particules au niveau de la partie rétrécie 22, 22', 22" du corps 2, 2', 2", de manière à confiner les ions au centre de la partie rétrécie 22, 22', 22" du corps 2, 2', 2" par répulsion électrostatique.
Alternativement, la partie rétrécie 22, 22', 22" du corps 2, 2', 2" peut être constituée de deux électrodes hémicylindriques, alimentées par un générateur de courant alternatif 24 (en référence à la figure 5b), de manière à former un champ oscillant dans la partie rétrécie 22, 22', 22" du corps 2, 2', 2".
Alternativement, la partie rétrécie 22, 22', 22" du corps 2, 2', 2" peut être constituée de trois électrodes alimentées par un générateur de courant triphasé 25 (en référence à la figure 5c), de manière à former un champ tournant dans la partie rétrécie 22, 22', 22" du corps 2, 2', 2".

Claims

REVENDICATIONS
1 . Chargeur d'aérosol à décharge électrique comprenant :
- un corps (2, 2', 2") ;
- une source d'ions (3) comprenant deux électrodes (31 , 32, 32', 32") ; le chargeur étant caractérisé en ce que
- le corps (2, 2', 2") et au moins une première électrode (32, 32', 32") de la source d'ions (3) sont alignés sur un même axe de symétrie longitudinal (ΑΑ') du chargeur, le corps (2, 2', 2") entourant la première électrode (32, 32', 32") de manière à définir une zone (5) de circulation d'un aérosol entre un espace défini entre le corps (2, 2', 2") et la première électrode (32, 32', 32") ; et en ce que
- la première électrode (32, 32', 32") comprend un orifice (321 , 321 ', 321 ") en communication avec la zone (5) de circulation de l'aérosol (Ae), l'orifice (321 , 321 ', 321 ") étant adapté pour laisser passer des ions formés au niveau de la source d'ions (3) afin qu'ils se mélangent avec un aérosol (Ae) circulant dans la zone (5) de circulation d'aérosol (Ae).
2. Chargeur d'aérosol à décharge électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la source d'ions (3) comprend en outre une seconde électrode (31 ) alignée avec le corps (2, 2', 2") et la première électrode (32, 32', 32") sur l'axe de symétrie longitudinal (ΑΑ') du chargeur.
3. Chargeur d'aérosol à décharge électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la seconde électrode (31 ) est une pointe ou un fil.
4. Chargeur d'aérosol à décharge électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le corps (2, 2', 2") est un conduit constitué d'un premier segment évasé (21 , 21 ', 21 ") et d'un second segment droit (22, 22', 22"), la première électrode (32, 32', 32") étant positionnée au centre du premier segment évasé (21 , 21 ', 21 ").
Chargeur d'aérosol selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première électrode (32') est de forme tronconique, le corps (2') étant constitué d'un cône (21 ') prolongé par un tube (22').
Chargeur d'aérosol selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première électrode (32") est constituée de deux plaques symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe de symétrie longitudinal (ΑΑ') du chargeur.
Chargeur d'aérosol selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un générateur (6) de tension permettant d'établir une tension continue entre la première (32, 32', 32") et la seconde (31 ) électrode.
Chargeur d'aérosol selon la revendication 4, comprenant en outre une résistance de ballast (61 ) placé en série avec le générateur (6).
Chargeur d'aérosol selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première électrode (32, 32', 32") est composée d'une couche de matériau isolant (324), entourée d'une couche métallique externe (322) et d'une couche métallique interne (326), le chargeur comprenant en outre un générateur (7) de tension permettant d'établir une tension continue entre les deux couches métalliques (322, 326) de l'électrode.
Chargeur d'aérosol selon la revendication précédente, comprenant en outre un générateur (8) de tension permettant d'établir une tension continue entre la couche métallique externe (326) de la première électrode (32, 32', 32") et le corps (2, 2', 2"). Chargeur d'aérosol selon l'une des revendications 4 à 10, comprenant en outre des anneaux (23) successifs polarisés de la même polarité que les particules et positionnés au niveau de la partie rétrécie (22, 22', 22") du corps (2, 2', 2"), de manière à confiner les ions au centre de la partie rétrécie (22, 22', 22") du corps (2, 2', 2") par répulsion électrostatique.
Chargeur d'aérosol selon l'une des revendications 4 à 10, caractérise en ce que la partie rétrécie (22, 22', 22") du corps (2, 2', 2") est constituée de deux électrodes hémicylindrique, alimentées par un générateur de courant alternatif (24), de manière à former un champ oscillant dans la partie rétrécie (22, 22', 22") du corps (2, 2', 2").
Chargeur d'aérosol selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que caractérise en ce que la partie rétrécie (22, 22', 22") du corps (2, 2', 2") est constituée de trois électrodes alimentées par un générateur de courant triphasé (25), de manière à former un champ tournant dans la partie rétrécie (22, 22', 22") du corps (2, 2', 2").
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