ES2302073T3 - Electrodo para la generacion de plasma de descarga de barrera dielectrica. - Google Patents
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Abstract
Electrodo para la generación de un plasma de descarga de barrera dieléctrica, que comprende una porción (10) de hilo conductor eléctrico (11) recubierto con una funda de material dieléctrico (12) fijada a un soporte (13), caracterizado porque el soporte (13) comprende una abertura (14), extendiéndose la porción (10) de hilo conductor enfundado a través de la abertura (14).
Description
Electrodo para la generación de plasma de
descarga de barrera dieléctrica.
La presente invención se refiere a un electrodo
para la generación de plasma de descarga de barrera dieléctrica.
Se refiere también a un generador de plasma de
descarga de barrera dieléctrica que pone en marcha los electrodos
según la invención, así como un dispositivo de tratamiento de un
flujo gaseoso que pone en marcha dicho generador de plasma.
En general, la presente invención se refiere al
tratamiento de un flujo gaseoso mediante un plasma de descarga de
barrera dieléctrica (DBD o Dielectric Barrier Discharge).
En dicho sistema generador de plasma, los
electrodos están realizados generalmente con placas metálicas
colocadas paralelamente y entre las cuales se genera un plasma de
descarga de barrera dieléctrica.
Entre los electrodos se intercala un material no
conductor para formar la barrera dieléctrica.
En algunas aplicaciones, es interesante que le
flujo gaseoso que debe atravesar el plasma, pueda atravesar también
los electrodos. Los electrodos se colocan entonces transversalmente
al flujo gaseoso.
Se conocen también placas perforadas formando
electrodos, posicionadas enfrentadas de modo que se genere el
plasma entre esos electrodos y que el flujo gaseoso pueda atravesar
esos mismos electrodos gracias a las perforaciones.
Análogamente, un material dieléctrico perforado
es añadido transversalmente al flujo gaseoso para que se pueda
obtener plasma de descarga de barrera dieléctrica.
En este tipo de realización, existen recorridos
prioritarios entre ambos electrodos, a través de unas aberturas del
material dieléctrico. Esas zonas favorecen la generación de arcos
eléctricos de un electrodo a otro, destruyendo con ello dichos
electrodos.
Unos electrodos de ese tipo son divulgados por
ejemplo en el documento US-2002/015 3241 A1.
La presente invención tiene por objetivo
resolver los citados inconvenientes y proponer un nuevo tipo de
electrodo que permita un aislamiento completo del electrodo y
elimine con ello cualquier riesgo de que se generen arcos
eléctricos.
Con este fin, la presente invención se refiere,
según un primer aspecto, a un electrodo para la generación de un
plasma de descarga de barrera dieléctrica que incluye una porción de
hilo conductor eléctrico recubierto con una funda de material
dieléctrico fijada sobre un soporte.
El soporte comprende una abertura, extendiéndose
la porción de hilo conductor a través de la abertura.
Al utilizar de este modo un hilo eléctrico
recubierto con una funda aislante, el electrodo está totalmente
revestido con un material dieléctrico. De este modo, no puede
existir ningún recorrido preferente entre los electrodos sea cual
sea la geometría utilizada.
De este modo, cuando se utilizan dos electrodos
según la invención y se posicionan paralelamente las porciones de
hilo conductor eléctrico, se obtienen dos partes metálicas una
frente a otra, separadas por dos capas de material dieléctrico
formadas por las fundas que recubren el hilo conductor
eléctrico.
Se dispone además de electrodos fácilmente
manipulables y se pueden fijar en un dispositivo de generación de
plasma, disponiéndose los soportes unos frente a otros para formar
zonas de generación de plasma entre ellos.
Dicho electrodo puede ser atravesado, gracias a
su abertura, por un flujo gaseoso a tratar con plasma,
extendiéndose a través de la abertura la porción de hilo conductor
enfundado permitiendo generar una zona de plasma a la derecha de
dicha abertura.
Según otra característica preferida de la
invención, el electrodo comprende un soporte que se extiende en un
plano, incluyendo dicho soporte una abertura y extendiéndose la
porción de hilo conductor enfundado en el plano del soporte a través
de la abertura.
Este tipo de realización es particularmente
sencilla de realizar. El electrodo se presenta de este modo en
forma de una pieza sustancialmente plana.
A fin de obtener una generación de plasma
homogénea perpendicular al electrodo, la porción de hilo conductor
enfundado forma varios segmentos de hilo conductor enfundado que se
extienden a través de la abertura.
La homogeneidad del plasma está también
garantizada siempre que los segmentos de hilo conductor enfundado
que atraviesan la abertura estén colocados a una distancia constante
entre sí.
Para que la separación sea constante, el
electrodo incluye preferentemente unos medios de tensión para
ejercer una fuerza de tracción en ambos extremos de la porción de
hilo conductor enfundado.
Según un segundo aspecto de la invención, se
refiere a un generador de plasma de descarga de barrera
dieléctrica, que comprende al menos dos electrodos conformes con la
invención, dispuestos enfrentados.
Se obtiene así un generador de plasma de
descarga de barrera dieléctrica en el cual el electrodo está
totalmente recubierto con un material dieléctrico, evitando de este
modo cualquier riesgo de formación de arco eléctrico de un electrodo
al otro.
Preferentemente, dichos electrodos cuentan
respectivamente con aberturas dispuestas enfrentadas.
Se obtiene así un generador de plasma de
descarga de barrera dieléctrica en el que un flujo gaseoso que debe
ser tratado por el plasma puede atravesar los electrodos.
Por último, la presente invención se refiere a
un dispositivo de tratamiento de un flujo gaseoso que incluye un
generador de plasma de descarga de barrera dieléctrica según la
invención, disponiéndose entre dichos electrodos un soporte
catalítico que comprende medios para que pase un flujo gaseoso.
Otras particularidades y ventajas de la
invención serán mostradas a lo largo de la descripción siguiente,
siendo definida la invención por las reivindicaciones
adjuntadas.
En los dibujos adjuntados, dados a título de
ejemplos no limitativos:
- la figura 1A muestra una vista superior de un
electrodo según un primer modo de realización de la invención;
- la figura 1B es una vista en corte transversal
de un hilo conductor enfundado;
- la figura 2 muestra una vista superior de un
electrodo conforme con un segundo modo de realización de la
invención;
- la figura 3 muestra en perspectiva un
generador de plasma de descarga de barrera dieléctrica conforme a
un modo de realización de la invención; y
- la figura 4 muestra en un corte en perspectiva
un dispositivo de tratamiento de gas conforme con un modo de
realización de la invención.
Se describirá en primer lugar, en referencia a
la figura 1 un electrodo para la generación de plasma de descarga
de barrera dieléctrica según un primer modo de realización.
En principio, este electrodo comprende una
porción 10 de hilo conductor eléctrico recubierto con una funda de
material dieléctrico.
En efecto, cuando se disponen dos porciones 10
de este hilo conductor paralelamente una de la otra, se obtienen
dos partes metálicas enfrentadas separadas por dos capas de un
material dieléctrico correspondiente a cada funda que recubre el
hilo conductor eléctrico.
Se muestra en corte transversal dicho hilo
conductor enfundado.
Este hilo conductor enfundado comprende un
núcleo que constituye un hilo conductor eléctrico 11 rodeado por
una funda 12 de material dieléctrico.
Preferentemente, el hilo conductor eléctrico 11
es un núcleo de un único hilo. En efecto, la utilización de un
núcleo multi-hilos, realizada a partir de hilos
trenzados, crearía variaciones de distancia entre dos electrodos
dispuestos enfrentados. Estas variaciones de distancia influirían en
la homogeneidad de las zonas de plasma.
La funda de material dieléctrico 12 puede
realizarse con cualquier tipo de material dieléctrico apto para ser
puesto en presencia de los elementos que se encuentran en el plasma
generado.
En particular, para generar un plasma de
descarga de barrera dieléctrica adaptado para el tratamiento de un
flujo gaseoso, los elementos constitutivos de ese plasma son
ultravioletas y nitrógeno. Unos materiales dieléctricos aptos para
ese tipo de plasma pueden ser recubrimientos fluorocarbonados, como
el politetrafluoroetileno (PTFE) comercializado con la marca Teflón
o la silicona, o bien un recubrimiento de teflón recubierto a su vez
con una capa de silicona.
En el ejemplo mostrado en la figura 1A, el
electrodo comprende un soporte 13, estando fijada a dicho soporte
la porción 10 de hilo conductor 5 enfundado.
El soporte 13 puede ser de resina cargada de
vidrio para garantizar su rigidez mecánica.
Este electrodo destinado a ser posicionado
transversalmente a un flujo gaseoso a tratar, el soporte 13
comprende una abertura 14 y la porción 10 de hilo conductor
enfundado se extiende a través de dicha abertura 14.
En este modo de realización, el soporte tiene
una forma cuadrada y comprende una abertura circular 14 con un
diámetro ligeramente inferior a las dimensiones del soporte
cuadrado.
La porción 10 de hilo conductor enfundado se
extiende así en el plano del soporte, a través de la abertura
14.
Para presentar una superficie de electrodo
homogénea en el plano del soporte 13, el hilo conductor enfundado
recorre el soporte atravesando en múltiples ocasiones la abertura 14
para abarcar al máximo posible la superficie de dicha abertura 14,
aquí en forma de disco.
De este modo, esta porción 10 de hilo conductor
enfundado forma varios segmentos de hilo conductor enfundado que se
extienden a través de la abertura 14.
En este modo de realización, el hilo conductor
enfundado serpentea siguiendo un camino de ida y vuelta entre un
borde 13a y un borde opuesto 13b del soporte 13.
Los segmentos de hilo conductor enfundado que se
extienden a través de la abertura 14, son paralelos y distanciados
uniformemente entre sí.
Por último, es importante que la porción 10 de
hilo conductor enfundado tenga sus dos extremos 10a, 10b fijados al
soporte 13 de manera sustancialmente adyacente.
Para ello, en este modo de realización que se
presenta en la figura 1A, la porción 10 de hilo conductor enfundado
recorre en doble el soporte 13.
Como se muestra en la figura 3, el soporte 13
comprende unas ranuras 15 del hilo conductor enfundado.
Estas ranuras 15 están realizadas en la
superficie de la parte maciza del soporte 13. Las ranuras 15
desembocan así enfrentadas unas a otras en la abertura 14 de manera
que la porción 10 de hilo conductor enfundado se aloja en dichas
ranuras 15 a ambos lados de la abertura 14 que atraviesa.
Para mantener en su posición el hilo conductor
enfundado y principalmente para mantenerlo tenso, las ranuras 15
pueden incluir unas garras 16 de diferentes formas destinadas
fundamentalmente a sujetar el hilo en las porciones curvas de las
ranuras 15.
Con objeto de obtener un plasma homogéneo entre
los hilos de los dos electrodos dispuestos enfrentados, es
necesario que estos hilos estén correctamente tensados para que la
separación entre ellos se mantenga constante. Es por tanto
conveniente prever un sistema de tensión 17 tal como el mostrado en
la figura 3 el cual es apto para ejercer una fuerza de tracción en
ambos extremos 10a, 10b de la porción 10 del hilo conductor
enfundado.
Este sistema de tensión 17 se puede realizar a
partir de mordazas cuyo ajuste de la fuerza de tracción ejercida en
el hilo se puede realizar por ejemplo por medio de un tornillo.
Puede incluir además un sistema de compensación, como un muelle,
que asegure una fuerza de tracción suficiente incluso en el caso de
que se produjera un alargamiento del hilo.
Si este sistema de tensión 17 comprende unas
partes metálicas, éstas serán preferentemente conectadas al núcleo
del hilo conductor eléctrico 11 al que mantienen en tensión.
De este modo, una de las mordazas del sistema de
tensión 17 perfora la funda 12 para poner el conjunto metálico del
sistema de tensión 17 al potencial del hilo conductor eléctrico
11.
El recorrido de la porción 10 de hilo conductor
enfundado permite llevar sus dos extremos 10a, 10b al nivel del
sistema de tensión 17, evitando cualquier efecto de punta en el
extremo del hilo que ya no está aislado.
Por supuesto, el modo de realización en
serpentín doble, mostrado en la figura 1A, es sólo un modo de
realización de los muchos posibles.
En la figura 2 se muestra otro modo de
realización de un electrodo conforme con la invención.
En este ejemplo, el soporte 13 comprende dos
porciones de abertura 14a, 14b separadas por un larguero 18 sobre
el que fijarse unos segmentos de hilo conductor enfundado.
Para que los dos extremos 10a, 10b de la porción
10 de hilo conductor enfundado estén fijados uno junto al otro
sobre el soporte 13, al nivel del larguero 18, en este ejemplo el
hilo conductor enfundado está fijado formando dos curvas
sinusoidales a ambos lados del larguero 18, agrupados en el lado de
un borde 13c del soporte 13, opuesto al borde 13d que tiene los dos
extremos 10a, 10b del hilo conductor enfundado.
Al igual que antes, pueden realizarse unas
ranuras en las porciones macizas del soporte 13 y se puede fijar un
sistema de tensión al nivel de los extremos 10a, 10b del hilo
conductor enfundado para ejercer una tracción y mantener tensado el
hilo conductor enfundado.
Se describirá a continuación, en referencia a la
figura 3, un ejemplo de generador de un plasma de descarga de
barrera dieléctrica según un modo de realización de la
invención.
En este ejemplo, el generador de un plasma de
descarga de barrera dieléctrica pone en marcha dos electrodos como
los descritos anteriormente en las figures 1A y 1B.
Dichos electrodos 1, 1' están fijados
enfrentados de manera que las caras de cada soporte 13, 13',
opuestas a las caras que tienen la porción 10 de hilo conductor
enfundado, estén en contacto entre sí.
Se puede generar así una zona de plasma al nivel
de las aberturas 14 dispuestas enfrentadas, entre las porciones 10,
10' de hilo conductor enfundado montadas una contra otra.
Para evitar que unas salidas de electrodo estén
demasiado próximas, se disponen los extremos 10a, 10b y 10'a, 10'b
de las porciones 10, 10' de hilo conductor enfundado de cada
electrodo 1, 1' en oposición entre sí en el ensamblaje del
generador.
Estos electrodos 1, 1' son idénticos y se
encajan entre sí, disponiéndose los soportes 13, 13' a 180º uno
respecto al otro.
Este tipo de generador es particularmente
adaptado para el tratamiento de un flujo gaseoso que atraviesa un
plasma generado por los electrodos colocados transversalmente a
dicho flujo.
La utilización de un hilo conductor enfundado
presenta la ventaja de limitar las pérdidas de carga al transferir
el flujo gaseoso a través de los electrodos. Efectivamente, se
mantiene la sección útil de las aberturas 14 para el paso del flujo
gaseoso, cercano al grosor del hilo conductor enfundado.
Además, no existe ningún recorrido preferente
entre estos electrodos recubiertos con un material dieléctrico 12
de manera que se evita perfectamente la formación de unos arcos que
podrían destruir los electrodos.
Dicho generador de un plasma de descarga de
barrera dieléctrica es particularmente apto para ser montado en un
dispositivo de tratamiento de un flujo gaseoso como el mostrado en
la figura 4.
Este dispositivo de tratamiento de un flujo
gaseoso permite fundamentalmente tratar los humos de cocción en una
campana extractora doméstica. Un dispositivo de este tipo ha sido
descrito en la solicitud de patente francesa Nº 0216778 cuyo
contenido se ha incorporado como referencia en la presente
descripción.
De este modo, se dispone un soporte catalítico
20, que comprende unos medios de paso de un flujo gaseoso entre dos
electrodos 1, 1' conformes con la invención.
El soporte catalítico 20 puede incluir unos
canales (no representados) que se extienden en la dirección F de
circulación del flujo gaseoso.
En particular, este dispositivo de tratamiento
de un flujo gaseoso puede ser adaptado para equipar un conducto 21
de circulación de gases de forma tradicionalmente cilíndrica. En ese
caso, la abertura 14, 14' de cada electrodo 1, 1' presenta una
superficie de paso correspondiente a la superficie transversal del
conducto 21.
Al montar el dispositivo de tratamiento de un
flujo gaseoso, la superficie de cada abertura 14, 14' es atravesada
por una red de segmentos de hilo conductor enfundado que se extiende
uniformemente en el plano de cada electrodo y se dispone además a
una distancia uniforme entre un electrodo 1 y el otro electrodo 1'.
El plasma se genera entre los electrodos 1, 1'; directamente en el
soporte catalítico 20.
Se obtiene de este modo, un dispositivo de
tratamiento de un flujo gaseoso por catálisis y plasma combinados,
relativamente compacto y sencillo de fijar en un conducto 21 de
circulación de un flujo gaseoso.
En particular, se pueden montar varios
dispositivos de tratamiento de un flujo gaseoso, como los mostrados
en la figura 4, sucesivamente uno detrás de otro en un conducto
cilíndrico de tratamiento de un flujo gaseoso.
Por supuesto, la presente invención no se limita
a los ejemplos de descripción antes descritos y se pueden aportar
numerosas modificaciones a dichos ejemplos sin salir del marco de la
invención.
Así, un electrodo realizado a partir de una
porción 10 de hilo conductor enfundado se podría utilizar también
sobre un soporte macizo, sin una abertura para el paso del gas.
En particular, los electrodos pueden ser
realizados con un hilo conductor enfundado que serpentee en dos
paredes opuestas de un tubo de cerámica a través del cual se
generará el plasma, circulando los gases a tratar por el interior
del tubo.
En ese caso, los electrodos se disponen en
planos no transversales al flujo gaseoso sino, al contrario,
paralelos a dicho flujo.
Cuando el flujo gaseoso circula en un conducto
cilíndrico, también se puede realizar un electrodo interno gracias
a un hilo conductor enfundado que se extienda en el eje del conducto
cilíndrico y un electrodo externo realizado a partir de un hilo
conductor enfundado enrollado en espiral alrededor del conducto
cilíndrico.
Claims (10)
1. Electrodo para la generación de un plasma de
descarga de barrera dieléctrica, que comprende una porción (10) de
hilo conductor eléctrico (11) recubierto con una funda de material
dieléctrico (12) fijada a un soporte (13), caracterizado
porque el soporte (13) comprende una abertura (14), extendiéndose la
porción (10) de hilo conductor enfundado a través de la abertura
(14).
2. Electrodo según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende un soporte (13) que se
extiende sustancialmente en un plano, comprendiendo dicho soporte
(13) una abertura (14) y extendiéndose dicha porción (10) de hilo
conductor enfundado en el plano de dicho soporte (13) a través de la
abertura (14).
3. Electrodo según alguna de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque dicha porción
(10) de hilo conductor enfundado forma varios segmentos de hilo
conductor enfundado que se extienden a través de la abertura
(14).
4. Electrodo según la reivindicación 3,
caracterizado porque dichos segmentos de hilo conductor
enfundado que atraviesan la abertura (14) están distanciados
uniformemente entre sí.
5. Electrodo según alguna de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha porción
(10) de hilo conductor enfundado tiene dos extremos (10a, 10b)
sustancialmente adyacentes fijados a dicho soporte (13).
6. Electrodo según alguna de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el soporte (13)
comprende unas ranuras (15) para conducir el hilo conductor
enfundado.
7. Electrodo según alguna de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende unos
medios de tensión (17) adaptados para ejercer una fuerza de
tracción en los dos extremos (10a, 10b) de la porción (10) de hilo
conductor enfundado.
8. Generador de un plasma de descarga de barrera
dieléctrica, caracterizado porque comprende al menos dos
electrodos (1, 1') según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,
colocados uno frente a otro.
9. Generador según la reivindicación 8,
caracterizado porque los electrodos (1, 1') comprenden unas
aberturas (14, 14') respectivas colocadas enfrentadas entre sí.
10. Dispositivo de tratamiento de un flujo
gaseoso, caracterizado porque comprende un generador de
plasma según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, un soporte
catalítico (20), comprendiendo unos medios para que pase un flujo
gaseoso dispuestos entre dichos electrodos (1, 1').
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