FR2477793A1 - Procede et dispositif d'alimentation electrique d'un element generateur d'ozone - Google Patents

Abstract

CE DISPOSITIF COMPREND UN ONDULEUR A MOYENNE FREQUENCE 14 COMPORTANT UN TRANSFORMATEUR 15 DONT LE SECONDAIRE 16 EST CONNECTE AUX BORNES DE L'ELEMENT GENERATEUR D'OZONE 2 ET UN DISPOSITIF LOGIQUE 26 POUR COMMANDER PERIODIQUEMENT L'AMORCAGE ET L'ARRET DUDIT ONDULATEUR 14 AFIN D'APPLIQUER AUX ELECTRODES DE L'ELEMENT GENERATEUR D'OZONE 2 DES TRAINS D'ONDES DE TENSION ALTERNATIVE A MOYENNE FREQUENCE D'UNE AMPLITUDE APTE A PRODUIRE UNE DECHARGE ELECTRONIQUE ENTRE LES ELECTRODES, AVEC UNE FREQUENCE DE RECURRENCE TELLE QU'UN VOLUME DE GAZ TRAITE PAR UN TRAIN D'ONDES AIT ETE AU MOINS PARTIELLEMENT EVACUE DE L'ESPACE ENTRE LESDITES ELECTRODES LORSQU'ON APPLIQUE LE TRAIN D'ONDES SUIVANT.

Description

L'invention concerne un procédé pour alimenter un élément générateur d'ozone en énergie électrique ainsi qu'un dispositif d'alimentation électrique pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Dans la technique actuelle, les éléments générateurs d'ozone des ozoneurs industriels sont généralement constitués par deux électrodes conductrices, pré- sentant une surface suffisante et qui sont maintenues en regard l'une de l'autre, de manière à laisser subsister entre elles un espace régulier dans lequel est introduit un diélectrique solide mince présentant une constante diélectrique élevée et une surface identique à celle des électrodes. Be diélectrique est appliqué contre l'une des électrodes et réduit ainsi l'espace inter-électrodes. Cet espace libre est parcouru par le gaz à traiter, air ou oxygène desséché. 'l'électrode non en contact avec le diélectrique a son potentiel fixé à la terre.

Dans ces conditions, si l'on applique une tension sinusoidale sur les électrodes, il se produit, quand cette tension est suffisante, des décharges lumineuses de type effluve qui engendrent une production d'ozone selon la réaction

'les mesures effectuées sur les ozoneurs classiques à diélectrique montrent que l'énergie électrique fournie à l'ozoneur est dissipée comme suit
chaleur : 90 o/o de la puissance électrique fournie
. formation de l'ozone : 4,5 %
. actions chimiques diverses telles que bruit, lumière, pertes dans le diélectrique : 6,5 %.

Ceci montre que les ozoneurs classiques à diélectrique ont un très mauvais rendement, qui est actuellement voisin de 18 à 19 Watts/heure par gramme d'ozone produit, ceci à une concentration de 15 à 20 g/ d'ozone par mètre cube d'air.

On connait également d'autres types dlozonezs, notamment les ozoneurs pointe-plan et les ozoneurs à fil coaxial qui, eux, sont alimentés en courant continu. Ces ozoneurs ont généralement un meilleur rendement que les ozoneurs à diélectrique, mais à une concentration moindre d'ozone par mètre cube de gaz traité, qui est généralement insuffisante pour les usages industriels.

L'invention vise à fournir un procédé d'alimentation en énergie électrique pour ozoneur qui permette, aux concentrations d'ozone requises pour les usages industriels, d'améliorer le rendement de la production d'ozone, ce qui est fondamental pour le développement des techniques d'ozonation, compte tenu du coût croissant de l'énergie.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'alimentation électrique d'un élément générateur d'ozone comprenant au moins deux électrodes conductrices disposées en regard l'une de l'autre et entre lesquelles circule un gaz à ozoner, caractérisé en ce qu'on applique auxdites électrodes des trains d'ondes de tension alternative d'une amplitude apte à produire des décharges électroniques entre les électrodes, avec une fréquence de récurrence telle qu'un volume de gaz traité par un train d'ondes ait été au moins partiellement évacué de l'espace entre lesdites électrodes lorsqu'on applique le train d'ondes suivant.

L'invention a également pour objet un dispositif d'alimentation électrique d'un élément générateur d'ozone pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend un onduleur à moyenne fréquence comprenant un transformateur dont le secondaire est connecté aux bornes dudit elérnent et un dispositif logique de commande de ltonduleur pour faire varier l'amplitude de la tension alternative engendrée aux bornes dudit secondaire entre ladite valeur apte à produire une décharge électronique entre les électrodes et une valeur insuffisante pour produire ladite décharge.

Grtce au procédé et au dispositif suivant l'invention, la décharge électronique entre les électrodes est interrompue à la fin de chaque train d'ondes, ce qui évite la destruction, conformément à la réaction

de l'ozone qui vient d'être engendré
Quand le train d'ondes suivant est appliqué, au moins une partie de l'air ozoné par le train d'ondes précédent a déjà été évacuée de l'espace inter-électrodes et n'est pas affectée par la nouvelle décharge de sorte que, à puissance égale, le mode d'alimentation par train d'ondes permet d'accrortre le rendement d'ozonation par rapport à une alimentation alternative permanente dans le cas d'un ozoneur à diélectrique ou à une alimentation en tension continue dans le cas d'un ozoneur pointe-plan ou à fil coaxial.

D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titred'exemples et dans lesquels
- la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un ozoneur à diélectrique à électrodes cylindriques de type classique auquel est appliqué l'invention
- la Fig. 2 est un schéma simplifié d'un onduleur pour l'alimentation de l'ozoneur de la Fig.1, associé à un circuit de commande d'un premier type
la Fig. 3 est un schéma plus détaillé d'un premier mode de réalisation du circuit de commande de la Fig. 2 ;
- la Fig. 4 est un diagramme des temps montrant la forme des signaux en différents points du circuit de la Fig. 3 ;;
- la Fig. 5 est un schéma montrant la forme des trains d'ondes qui sont appliqués par i'onduleur à l'ozoneur au moyen du circuit de commande de la Fig. 3
- la Fig. 6 est un schéma bloc d'un second mode de réalisation, à microprocesseur, du circuit de commande de la Fig. 2
- la Fig. 7 est un organigramme illustrant le fonctionnement du circuit de commande à microprocesseur de la Fig. 6 ;
- la Fig. 8 est un schéma électrique d'un circuit générateur d'impulsions de durées variables destiné à être combiné avec le circuit de la Fig. 3 ;
- la Fig. 9 est un schéma simplifié d'un second type de circuit de commande pour l'onduleur de la Fig. 2 ; et
- les Fig. 10 et 11 sont des schémas analogues à la Fig. 5 montrant des formes de trains d'ondes pouvant être engendrés par l'onduleur de la.Fig. 2 au moyen du circuit de commande de la Fig. 9.

L'invention sera maintenant décrite comme étant appliquée à l'ozoneur à diélectrique représenté à la Fig. 1, mais il doit être compris qu'elle n'est nullement limitée à cet ozoneur et qu'elle peut être appliquée également à tout autre type d'ozoneur, qu'il soit à diélectrique, à fil coaxial, pointe-plan ou autre.

En se référant à la Fig. 7, l'ozoneur à diélectrique 1 représenté comprend des éléments générateurs d'ozone identiques 2 disposés dans une enveloppe tubulaire 3 présentant à ses extrémités opposées respectivement une chambre 4 d'admission d'air sec à ozoner et une chambre 5 d'évacuation d'air ozoné. 'les chambres 4 et 5 communiquent entre elles par des conduits cylindriques 6 s' étendant à travers une enceinte 7 délimitée entre la paroi tubulaire de l'enveloppe 1, les condùits cylindriques 6 et des parois d'extrémité 7a, 7b définissant elles-mêmes avec les parties d'extrémité de l'en- veloppe 1 respectivement les chambres 4 et 5. En fonctionnement, l'enceinte 7 est traversée par un courant d'eau de refroidissement.

Chaque élément générateur d'ozone 2 comprend dans; son conduit 6, qui constitue une première électro- de connectée à la masse, un jeu de deux électrodes cy lindriques 8 et 9 enrobées d'un matériau diélectrique et connectées électriquement à un dispositif d'alimen tation, qui sera décrit ci-après, par des conducteurs électriques 10 et 11, par l'intermédiaire de raccords étanches 12 et 13 prévus dans les chambres 4 et 5 respectivement.

En fonctionnement, l'air sec à traiter admis dans la chambre 4 circule vers la chambre S à travers les générateurs d'ozone 2. Le dispositif d'alimentation applique aux électrodes 8, 9 de ces derniers des trains d'ondes de tension alternati-ze à fréquence moyenne d'une amplitude apte à produire une décharge électronique entre les électrodes 8, 9 et leur conduit cylindrique 6 respectif et provoquant l'ionisation de l'air se trouvant dans l'espace inter-électrodes e.En outre, ces trains d'ondes sont appliqués avec.une fréquence de répétition telle qu'une partie substantielle de l'air qui vient d'être ozone a été évacuée des générateurs d'ozone 2 lorsque le train d'ondes suivant est appliqué, évitant ainsi une destruction, par la nouvelle décharge, de l'ozone préalablerent formé.

On se reportera maintenant à la Fig. 2 qui montre un onduleur 14 à thyristors et son circuit de commande. L'onduleur 14 comprend un transformateur élévateur 15 dont le secondaire 16 est connecté aux électrodes d'un élément générateur 2 de l'ozoneur 1. Le primaire 17 du transformateur est connecté, deune part, à une borne d'un condensater C dont l'autre borne est connectée à la borne positive d'une source d'alimenta- tion continue 18 et, d'autre part, en 19, entre deux thyristors thi et th2 montés en série aux bornes de la source d'alimentation continue 18.Des générateurs de tension 20 et 21 sont disposés dans les circuits de gâchette des thyristors th et th2 respectivement pour rendre ces derniers conducteurs en réponse à des signaux de commande qui leur sont appliqués par des transformateurs d'intensité TI2 et TI1 respectivement.Le transformateur d'intensité TI1 est connecté entre le thyristor th1 et le point 19 et le transformateur d'intensité TI2 est connecté entre le thyristor th2 et la borne négative de la source d'alimentation 18. 'les transformateurs d'intensité TI1 et T12 ont pour rôle de détecter le passage par zéro du courant dans le thyristor auquel ils sont associés et d'émettre un signal de commande vers le générateur de tension correspondant en réponse à cette détection. L'onduleur qui vient d'être décrit constitue un onduleur autonome auto-oscillant de type classique.

Un thyristor th3 est connecté par son anode entre le condensateur C et le primaire 17 du transformateur 15 et par sa cathode à la borne négative de la source d'alimentation 18. Un troisième générateur de tension 22 est connecté dans le circuit de gâchette du thyristor th3 pour en commander la conduction.

Des portes analogiques 23, 24 et 25 normalement ouvertes sont connectées dans les circuits de gâchette des thyristors th1, th2 et thD respectivement.

On entend par "porte analogique" dans le présent mémoire tout circuit électronique tel que, par exemple, un semiconducteur ou un dispositif à semi-conducteur qui, en présence d'un niveau logique, se ferme pour assurer le passage d'un signal en conservant à celui-ci son amplitude et son format. Une telle porte analogique peut être constituée par un relais sans contact tel que celui commercialisé sous l'appellation "SEREN-D1T11 par la Société des E.U.A. "TELEDYNE".

'les portes analogiques 27, 24 et 25 sont commandées par un dispositif logique 20 associé à un géné rateur de base de temps H déterminant la fréquence de récurrence-des trains d'ondes. Le dispositif logique 26 commande également un circuit logique d'initialisation 27 dont la sortie est appliquée à l'entrée d'une porte OU 28. L'autre entrée de la porte OU 28 reçoit les signaux de commande du transformateur d'intensité T12 qui, à la différence du transformateur d'intensité Tri1, n'est donc pas connecté directement à son générateur de tension de gâchette associé 20.La sortie de la porte OU 28 est connectée au générateur de tension 20 de sorte que celui-ci n'applique une tension à la gâchette du thyristor th1 que si un niveau logique approprié est présent à au moins l'une des entrées de la porte OU 28.

Le fonctionnement du circuit de la Fig. 2 est le suivant :
Sur le front montant du signal de base de temps A (Fig. 4), le dispositif logique de commande 26 ferme les portes analogiques 23 et 24 pour autoriser l'application de tensions de commande aux gâchettes des thyristors th1 et th2, ceux-ci étant alors bloqués, et la porte analogique 25, de sorte que le générateur de tension 22 applique à la gâchette du'thyristor th3 une tension qui rend celui-ci conducteur et provoque la charge du condensateur C. Après une période de temps prédéterminée correspondant au temps de charge du condensateur 20, le thyristor th3 se bloque, son courant de maintien étant devenu trop faible, et le dispositif logique 26 ouvre la porte analogique 25. Après un faible temps de sécurité, le dispositif Logique 26 commande le circuit logique d'initialisation 27 qui, en réponse, applique une impulsion d'initialisation à la porte OU 28. La sortie de celle-ci passe d'un niveau logique "O" à un niveau "1" qui commande au générateur 20 l'application d'une tension à la gâchette du thyristor th1, rendant celui-ci conducteur. Be condensateur C se dé charge alors à travers la self du primaire 17 du transformateur 15, par l'intermédiaire du thyristor th1, ce qui provoque l'apparition d'une première alternance aux bornes du secondaire 16 et un transfert d'énergie vers l'ozoneur 1.Lorsque le courant dans le circuit de décharge du condensateur C s'annule, le thyristor th1 se bloque et le transformateur d'intensité UI1, en réponse à cette annulation du courant, commande le générateur de tension 21 qui rend le thyristor th2 conducteur. Be condensateur C se charge alors par l'intermédiaire du primaire 17 du transformateur 15 et du thyristor th2, de sorte qu'une alternance de polarité opposée à la précédente est engendrée aux bornes du secondaire 16 et que de l'énergie est à nouveau transférée à l'ozoneur 1. A l'annulation du courant dans le circuit de charge du condensateur C, le thyristor th2 se bloque et le thyristor th1 est rendu conducteur par le transformateur de courant 1I2 et le générateur de tension 20.Un nouveau cycle de décharge du condensateur C s'amorce alors et le processus se reproduit de la façon qui vient d'être décrite jusqu'à ce qu'a ce qu'apparaisse le front descendrant du signal de base de temps A. Sur ce front deseendant, le dispositif logique 26 ouvre les portes analogiques 23 et 24, ce qui bloque les thyristors th1 et th2 et interrompt le fonctionnement de l'onduleur.

L'ozoneur n'est alors plus alimenté, jusqu'à l'apparition d'un nouveau front montant du signal de base de temps A, lequel engendre à nouveau l'initialisation du processus de fonctionnement de l'onduleur, à savoir la charge du condensateur c et l'application d'un nouveau train d'ondes à l'ozone 1, comme représenté à la Fig.5.

On se référera maintenant à la Fig. 3 qui illustre un exemple de réalisation du circuit de commande de l'onduleur 14 de la Fig. 2. Dans cet exemple, le générateur H de base de temps est un monostable, qui peut être par exemple un circuit intégré du type
S.N. 74 121 de la Société TEXAS INSTRUENTS. Le monostable H produit en T le signal de base de temps A dont la fréquence détermine la fréquence de récurrence des trains d'ondes de l'onduleur 14. Le signal A est appliqué, d'une part, aux entrées J et CLR d'une bascule JK 29 constituée, par exemple, par un circuit intégré 74 73 (TEXAS INSTRUNENTS) et, d'autre part, aux portes analogiques 23 et 24 par l'intermédiaire d'une porte ET 30.

Le monostable produit également à sa sortie Q un signal
B (Fig. 4) de même fréquence que le signal A mais dont la durée d'impulsions, plus courte, détermine le temps de charge du condensateur a. Ce signal B est appliqué à la porte analogique 25 par l'intermédiaire d'une seconde porte ET 31, à un inverseur 32 constitué par exemple par un circuit intégré 7404 (TEXAS INSTRUMENTS), et à l'entrée K de la bascule JE 29.

L'inverseur 32 produit, en réponse à l'application du signal B, un signal C identique au signal B mais faiblement décalé dans le temps par rapport à ce dernier d'un retard tint, et, à partir du signal C, un signal D qui est appliqué à l'entrée CLK de la bascule 29. La bascule 29 produit à sa sortie Q un signal E qui est appliqué à un second monostable 33. Enfin, le mono- stable 33 produit à sa sortie Q un signal F constitué d'une ou plusieurs impulsions calibrées appliquées au circuit logique d'initialisation 27. Comme représenté, ce circuit d'initialisation 27 peut être constitué d'un transistor 34 à charge d'émetteur RE et d'une porte analogique 35 disposée dans le circuit de base du transistor 34.

Au temps to (Fig 4), sur le front avant d'un créneau de durée 1 du signal A engendré par le monostable H, les portes analogiques 23 et 24 se ferment, tandis qu'un niveau "1" est appliqué aux entrées J et
CLR de la bascule JK 29. Au temps to également, la sor- tie Q du monostable H engendre un créneau de durée T2 qui ferme la porte analogique 25 et rend le thyr th3 conducteur, permettant ainsi au condensateur Ct De se charger pendant le temps T2.En réponse .! l' 'applica- tion du créneau du signal 3, l'inverseur 32 engendre à son tour au temps t1, avec le retard #t par rapport à to, un créneau (signal C). Au temps le le concensateur C a fini de se charger et le signal revient au niveau "O" de sorte que la porte analogique 25 s'ouvre.

L'onduleur est alors prêt à fonctionner.

Au temps t3, le signal C revient au niveau "0" et le signal D passe au niveau 1", ce qui provoque le basculement de la bascule JK et le passage de sa sertie
Q au niveau "1". En réponse à ce basculement, le second monostable 33 engendre à son tour, sensiblement au temps t3, une impulsion d'initialIsatIon de faible du- rée, par exemple de l'ordre de GO me, qul commande le circuit d'initialisation 27. Celle-ci ferme alors la porte analogique 35, qui rend conducteur le transistor 34. Celui-ci applique une impulsion à la porte OU 28, qui déclenche alors le générateur de tension 20, lequel rend le thyristor th1 conducteur, ce qui amorce le fonctionnement de l'onduleur 14-. On notera que l'impulsion d'initialisation (signal F, 'ig. 4) est appliquée avec le retard # t par rapport au temps t2, ce retard cor-respondant à un temps d'arrêt de sécurité.

Le fonctionnement de l'onduleur se poursuit comme indiqué précédemment jusqu'au temps t4 où, sur le front arrière du créneau, le signal de base de temps A revient au niveau "0". Ceci a pour effet d'ouvrir les portes analogiques 23 et 24 et de bloquer les thyris- tors th1 et th2. Simultanément, le passage au niveau "O" du signal A provoque le repositionnement à l'état "O" de la bascule JK 29. Par conséquent, un train d'ondes a été engendré par l'onduleur et appliqué à l'ozo- neur entre les instants t3 et t4, , pendant une durée T3.

L'onduleur reste ensuite au repos pendant une durée T4, jusqu'à ce que, après l'apparition d'un nouveau créneau du signal de base de temps A au temps t5, un nouveau cycle de fonctionnement de l'onduleur soit amorcé au temps t6.

il résulte de ce qui précède que l'onduleur 14 fonctionne en onduleur autonome auto-oscillant, l'onde alternative qu'il engendre étant artificiellement interrompue puis initialisée à nouveauaprès un temps de repos T4 d'une durée prédéterminée. L'intro- duction d'une logique synchrone d'interruption/démarrage (bascule JK 29) ne modifie pas le fonctionnement fondamental de l'onduleur 14.

Bien entendu, les séquences de fonctionnement détaillées ci-dessus peuvent être obtenues par des moyens logiques autres que ceux décrits ci-dessus utilisant, par exemple, des circuits intégrés de type DTL, TTL ou
CMOS. il est d'autre part possible d'utiliser un microprocesseur associé à un générateur de base de temps et à un système de mémoires comme cela ya être décrit ciaprès.

Ce système à microprocesseur et mémoire permet directement la création des signaux affectés à la commande des thyristors th1, th2 et thug, selon des séquences identiques à celles décrites précédemment pour le mode de réalisation à logique câblée. Cependant l'utilisation d'un microprocesseur permet en outre l'introduction très simple d'une fonction de régulation.

Cette fonction de régulation peut, par exemple, consister en ce que lténergie absorbée par l'ozoneur est modulée, en conservant des trains d'ondes de durée constante, et en ce qu'on prévoit un nombre variable et commandé de ces derniers pendant une durée de base 1 qui peut, par exemple, être d'une seconde. Si la puissance nominale de l'ozone est obtenue, par exemple, pour 100 trains d'ondes par seconde, 30 % de la puissance d'ozonation sera obtenue en prevoyant 30 trains d'ondes seulement pendant une durée de une seconde.

Bien entendu, le processus est de préférence-conçu de façon que 11 écartement entre chaque train d'ondes soit régulier à l'intérieur de chaque durée de base # 1 de façon à obtenir une bonne linéarité du mode de régulation.

Compte tenu du fait que la puissance de l'ozoneur et la production d'ozone varient linéairement en fonction de la tension crête appliquée à l'ozoneur, la fonction de transfert de l'ozoneur, dans le cadre de la transformation de Laplace, est : .

1
I + #2P c'est-à-dire une expression du premier ordre dans laquelle
- P est l'opérateur de Laplace
est la constante de temps de l'ozoneur 1 ##2 # 5 secondes.

Outre l'avantage de la linéarité, ce mode de régulation permet, plus la puissance est basse, de se rapprocher davantage des conditions minimales de destruction de l'ozone puisque, pour un débit d'air donné, si l'intervalle entre les trains d'ondes consécutifs augmente, un volume accru d'air ozoné est évacué pendant cet intervalle.

Dans l'exemple de réalisation décrit ci-après en regard de la Fig. 6, la régulation est effectuée en fonction de deux paramètres, à savoir - une référence de puissance/production d'ozone consti
tuée par un signal analogique extérieur appliqué au
microprocesseur et proportionnel à la production d'o
zone désirée ; et - la durée de base Z1 définie précédemment et qui est
contenue dans le microprocesseur.

Le rôle du microprocesseur, dans sa fonction de régulation, est de faire en sorte que le nombre de trains d'ondes, dans la durée de base , corresponde à une puissance ou une production d'ozone égale à la réfé- rence de puissance/production d'ozone.

'la Fig. 6 représente un système à microprocesseur qui peut être utilisé pour réaliser le dispositif de commande 26 et le générateur de base de temps H.

Ce système comprend un microprocesseur 36 associé à un ensemble mémoire 37 et à une horloge locale 38, qui peuvent être constitués, par exemple, respectivement par les composants 8080, 2708 et 8224 de la Société
INTEL . 'le microprocesseur est couplé à un système d'entrée et de sortie 39 qui reçoit les signaux des transformateurs d'intensité 1I1 et TI2 ainsi que le signal de référence puissance/production d'ozone REF. Le système d'entée-sortie 39 est d'autre part connecté à des circuits adaptateurs AD1, AD2, AD3 et AD4 qui attaquent respectivement les portes analogiques 23, 24S 25 e-t;; la torte OU ?G, le circuit logique d'initialisation 27 étant remplacé dans ce cas par le circuit adaptateur kD4.

Le processus de régulation assuré par le système à microprocesseur de la Fig. 6 est illustré par l'organigramme de la Fig. 7 et se déroule de la façon suivante - après la phase de début du processus (phase 40), le
microprocesseur lit la référence puissance/production
d'ozone et mémorise celle-ci (phase 41), puis compare
la valeur de référence mémorisée et la valeur anté
rieure (phase 42). Si ces valeurs sont différentes,
le microprocesseur calcule le nombre n de trains d'ors
des requis dans la durée de base à partir de la réfé-
rence puissance/ozone (phase 43) et le mémorise. Le
microprocesseur calcule ensuite la durée entre deux
trains d'ondes et la mémorise (phase 44).

Après la phase 44, le microprocesseur compare le nombre n' de trains d'ondes déjà exécutés pendant la durée de base en cours et le compare à n (phase 45).

D'autre part, si à la phase 42 la valeur lue est égale à la valeur antérieure, le microprocesseur passe direc- tement à la phase 45.

Si, à la phase 45, une égalité entre n et nl est constatée, cela signifie qu'il y a égalité entre la puissance fournie et la puissance demandée. Le microprocesseur passe alors à la phase 46 où une comparaison entre la durée de base réellement exécutée et la durée de base théorique est effectuée. Si ces durées de base sont égales, le processus revient à la phase 41. Si, au contraire, une différence dépassant un certain seuil est constatée, le microprocesseur émet un signal de "panne probable.

Si, à la phase z5, il est constaté que n et n' ne sont pas égaux, le microprocesseur rend conducteur le thyristor th3 pour charger le condensateur 20 (phase 47) puis, après un délai correspondant au temps de charge du condensateur 20 et au temps d'arrêt de sécurité, le thyristor th1 pour initialiser le fonctionnement de l'on- duleur (phase 48).

Le microprocesseur détermine ensuite si la conduction du thyristor th1 est terminée, par lecture du transformateur d'intensIté T11. Dans la négative, le processus revient à la phase 48. Dans l'affirmative, le microprocesseur rend le thyristor th2 conducteur en lui appliquant, comme à th1, un train d'impulsions (phase 50).

Comme précédemment pour th1, après la phase 50, le microprocesseur détermine si la conduction du thyristor th2 est achevée (phase 51). Dans la négative, le processus revient à la phase 50 tandis que, dans l'affirmative, le microprocesseur interrompt le train d'ondes engendré par les phases 48 à 51, pour la durée calculée et mise en mémoire à la phase 44 (phase 52). L'ooneur n'est alors plus alimenté.

A la phase suivante 53, le microprocesseur incrémente un registre contenant le nombre de trains ondes n' déjà exécutés dans la durée de base, puis lit et mémorise la référence puissance/ozone (phase 54) avant de revenir à la phase 42 à partir de laquelle le processus se déroule comme décrit ci-dessus.

Dans ce processus de régulation par microprocesseur, la durée des trains d'ondes est constante comme indiqué précédemment. Cependant, en variante, on peut assurer la régulation en faisant varier la durée des trains d'onde à l'intérieur de chaque durée de base I.

La Fig. 8 est un schéma d'un circuit qui, associé au circuit de commande de la Fig. 3, permet d'assurer une telle régulation. Ce circuit comprend un amplificateur opérationnel 60 auquel sont appliqués respectivement le signal de référence puissance/production d'ozone REF et un signal MES inversé représentatif de la production d'ozone mesurée.Ce signal peut être produit, par exemple, par le dispositif de mesure de la puissance d'ozonation d'un ozoneur décrit dans la demande de brevet français 78 15 259. 'l'amplificateur opérationnel 60 produit à sa sortie un signal analogi quel G proportionnel à la différence entre les signaux
REF et MES et qui, après inversion dans un inverseur 61, peut être appliqué par l'intermédiaire d'un commutateur 62 à un convertisseur de signal analogique en longeur d'impulsion 62 qui peut être constitué par le composant
X R555 de la Société ç Ce commutateur 62 est également connecté à un potentiomètre 64, ce qui permet, suivant la position du commutateur, soit d'asservir la production d'ozone à la valeur de référence représentée par le signal REF, soit de commander manuellement la production d'ozone par l'intermédiaire du potentiomètre 64.

Be signal de sortie du convertisseur 63 constitue le signal de base de temps A et un monostable 65 est prévu pour produire le signal B de la Fig. 4. Le circuit de la Fig. 8 se substitue donc, dans ce mode de réalisation, au monostable H du circuit de la Fig. 3 qui, par ailleurs, ne subit pas d'autres modifications. Les signaux A et B sont appliqués aux autres composants du circuit et celui-ci fonctionne comme indiqué précédemment, à ceci près que la durée des trains d'ondesn'est pas constante mais dépend de la production d'ozone désirée.

Dans tous les modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus, les trains d'ondes générateurs de décharge électronique alternent avec des périodes de repos pendant lesquelles onduleur n'engendre pas de trains d'ondes et où, par conséquent, la tension appliquée aux électrodes des éléments générateurs d'ozone est nulle. Cependant, en variante, l'onduleur peut être commandé de manière à fonctionner en permanence à moyenne fréquence,naisen faisant varier sa tension continue d'alimentation de manière à faire alterner les trains d'ondes générateurs de décharges électroniques avec d'autres trains d'ondes dont la valeur de l'amplitude est insuffisante pour produire une décharge électronique dans l'élément générateur d'ozone auquel l'onduleur est connecté.

La Fig. 9 illustre un exemple de circuit permettant de mettre en oeuvre ce processus de commande.

Ce circuit comprend un microprocesseur 66 qui détermine la loi de variation de la tension continue appliquée à l'onduleur 14. Il peut s'agir d'une loi invariable contenue dans un système de mémoires du microprocesseur ou d'une loi qui varie en fonction d'un signal de référence extérieur comme dans le cas du circuit de commande de la Fig. 6. Le signal numérique représentatif de cette loi produit par le microprocesseur 66 commande deux thyristors 67 et 68 montés tête-bêche, par l'intermédiaire d'un circuit 69 qui convertit le signal numérique du microprocesseur 66 en tensions de commande des thy ristors 67 et 68, de sorte que ceux-ci modulent l'énergie électrique du secteur en impulsions dont a largeur varie en fonction de la loi imposée par le microproces seur.La tension secteur découpée par les thyristors 67 et 68 est appliquée à un circuit transformateurredresseur 70 qui produit à sa sortie une tension conti- nue dont l'amplitude varie suivant la loi précitée. Cette tension continue est appliquée à l'onduleur 14 dans lequel, bien entendu, le transformateur d'intensité TI2 est ici connecté directement au générateur de tension 20; la porte OU 28 et les portes analogiques 23 et 24 étant supprimées. L'onduleur 14 applique donc en permanence à l'élément générateur d'ozone 2 auquel il est connecté une tension alternative à moyenne fréquence d'amplitude varIable dont l'enveloppe correspond à la forme de la tension continue appliquée à l'onduleur.

'les Fig. 10 et 11 illustrent deux formes d'onde qui peuvent être appliquées 8. un élément générateur d'ozone au moyen du circuit de la Fig. 9. Dans l'exemple de la Fig. 10, la tension varie brusquement entre une tension élevée U1 apte à produire une décharge électronique dans l'élément générateur d'ozone et une tension inférieure U2 insuffisante pour produire cette décharge électronique. Dans l'exemple de la Fig. 11, l'amplitude crête à crête de la tension alternative varie progressivement de part et d'autre d'une tension de seuil U3 au-dessus de laquelle se produisent des décharges électroniques dans l'élément générateur d'ozone 2 et au-dessous de laquelle ces décharges sont absentes.

Naturellement, il doit être compris que l'invention n'est nullement limitée aux deux formes d'ondes représentées aux Fig. 10 et 1-l celles-ci n'étant données qu'à titre d'exemples.

Il a été indiqué prccédemment qu'il est souhaitable d'alimenter l'ozoneur avec des trains d'ondes à fréquence moyenne. Pour expliquer ce choix, dans le cas d'un ozoneur classique à diélectrique, on rappelle- ra que la décharge électrique dan un ozoneur de ce type est comparable à la décharge pointe-plan. En effet, les micro-aspérités du diélectrique font que les décharges sont généralement issues de sites bien localisés toujours les mêmes. Or, l'intensité de la décharge issue d'un site sur le diélectrique est proportionnelle à la production d'ozone et l'intensité absorbée par l'ozoneur est la somme de toutes les intensités des micro-déchar- ges.A tension d'alimentation constante, pour un facteur de puissance donné, il y a sensiblement proportionnalité entre la puissance et la production d'ozone.

D'autre part, la formule de Manley relie, dans un ozoneur classique à diélectrique, la puissance absorbee aux différents paramètres électriques caractérisant l'ozoneur soit

avec C@ capacité du diélectrique verre
W puissance dégagée par électrode
F fréquence de la source d'énergie
E0 tension d'amorçage, fonction de plusieurs
paramètres
Um tension crête
Ce capacité du diélectrique air.

Si toits les paramètres sont constants, sauf la fréquence, l'énergie absorbée par tube d'ozonation est théoriquement proportionnelle à la fréquence. Il est donc souhaitable d'alimenter l'ozoneur à une fréquence suffisante pour absorber une puissance telle que I'ozo- neur produise la quantité d'ozcne requise. Ceci reviens à multiplier le nombre de décharges ponctuelles par tube et par seconde. Ma production d'ozone sera donc favorisée par l'augmentation de fréquence, ce qui conduit à alimenter l'ozoneur à une fréquence supérieure à celle du secteur (50 Hz)
Une autre raison qui conduit à accroitre la fréquence est de limiter l'action du champ antagoniste créé par les charges électrisant la surface du diélectrique.En effet, plus la fréquence est élevée, plus elles sont rapidement éliminées et moins le champ antagoniste qu'elles créent diminue l'action du champ électrique d'alimentation. Cette électrisation diminue le courant de décharge, donc la-productivité d'ozone.

Cependant, l'augmentation de fréquence est limitée par les possibilités offertes actuellement par les thyristors de puissance à fonctionner en fréquence moyenne.

Ces différentes considérations conduisent à choisir une fréquence de fonctionnement de l'ordre de 2000 à 5000 Hz et, de préférence, d'environ 2000 Hz compte tenu de la technologie actuelle des thyristors.

Toutefois, ces valeurs ne doivent absolument pas être considérées comme limitatives car : - la contrainte de l'accord des circuits primaire et
secondaire du transformateur impose, selon le nombre
d'éléments générateurs d'ozone en parallèle et les
valeurs de la self L au primaire et au secondaire,
une certaine dispersion de la fréquence de résonnance; - les progrès de la technologie des thyristors peuvent
amener à choisir des fréquences plus élevées dans le
futur.

En ce qui concerne maintenant le choix de la puissance par tube ou élément générateur d'ozone, il apparaît que la courbe W = F (Eo) où F représente la formule de Manley, présente un maximum pour Um = 2 BOx (1 + Ce), relation obtenue en dérivant la formule de Manley.

Au voisinage de la puissance maximale, la puissance d'ozonation présente la stabilité maximale.

Il est donc très souhaitable d'alimenter l'ozoneur à une tension crête Um telle que la relation précédente soit respectée, donc de fonctionner à la puissance maximale.

Ceci montre que l'ozoneur classique à diélectrique absorberait beaucoup d'énergie s'il était alimenté en régime sinusoïdal permanent à fréquence moyenne et en respectant la relation citée. Un avantage du type d'alimentation par trains d'ondes est que la puissance nominale peut être très'élevée et le nombre de joules moyen par seconde ne pas dépasser une valeur garantissant un échauffement raisonnable de l'ozoneur, compte tenu de ses caractéristiques et due la capacité de son système de refroidissement.

Bien entendu, afin d'empêcher la destruction de l'ozone déjà formé, conformément à la relation

l'idéal serait qu'un volume donné v d'air ou d'oxygène à traiter le soit une fois seulement, c'est-à-dire que le train d'ondes suivant n1 apparaisse que lorsque le volume v précédent a été évacué. Ceci impliquerait que toute l'énergie soit appliquée au volume de gaz v pendant le temps d'un unique train d'ondes pendant chaque durée de base 7 et que le temps séparant deux trains d'ondes corresponde au temps d'évacuation.

Compte tenu de la technologie actuelle des ozoneurs à diélectrique, une telle relation est malheureusement difficilement réalisable. En effet, par exemple, pour un élément générateur débitant 1 litre/seconde, il serait nécessaire d'appliquer 900 J/seconde pendant un temps très court, avec une périodicité de 1 seconde.

La puissance serait très importante et les thyristors de l'onduleur devraient être surdimensionnés dans des proportions considérables, ce qui conduit à une solution de compromis.

Cependant, on notera que l'expression "train d'ondes" ne doit pas être interprétée de façon limitative et entend couvrir aussi bien le cas où chaque train d'ondes est constitué de plusieurs ondulations que celui où il n'en comporte qu'une seule, c'est-à-dire une alternance positive et une alternance négative.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1.- Procédé d'alimentation électrique d'un élément générateur d'ozone comprenant au moins deux électrodes conductrices disposées en regard l'une de l'autre et entre lesquelles circule un gaz à ozoner, caractérisé en ce qu'on applique auxdites électrodes des trains d'ondes de tension alternative dont la valeur de l'amplitude est apte à produire des décharges électroniques entre les électrodes, avec une fréquence de récurrence telle qu'un volume de gaz traité par un train d'ondes ait été au moins partiellement évacu-é de l1espa- ce entre lesdites électrodes lorsqu'on applique le train d'ondes suivant.

2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait alterner lesdits trains d'ondes générateurs de décharges électroniques avec des périodes de repos pendant lesquelles la tension appliquée auxdites électrodes est nulle.

3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait alterner lesdits trains d'ondes générateurs de décharges électroniques avec d'autres trains d'ondes dont la valeur de l'amplitude est insuf- fisante pour produire une décharge électronique entre lesdites électrodes.

4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on fait varier brusquement l'amplitude de ladite tension alternative entre lesdites valeurs respectivement suffisante et insuffisante pour produire les décharges électroniques entre les électrodes.

5.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on module l'amplitude de ladite tension alternative pour la faire varier progressivement de part et d'autre d'une tension de seuil (U3) au-dessus de laquelle se produisent des décharges électroniques dans l'élément générateur d'ozone (2) et au-dessous de laquelle lesdites décharges sont absentes.

6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on engendre lesdits trains d'ondes de tension alternative au moyen d'un onduleur dont on amorce et on interrompt le fonctionnement de façon périodique.

7.- Procédé suivant l'une quelconque des rerevendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on engendre ladite tension alternative d'amplitude variable au moyen d'un onduleur dont on fait varier la tension continue d'alimentation.

8.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on applique des trains d'ondes de durée constante audit ozoneur.

9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'on applique lesdits trains d'ondes de durée constante pendant des périodes de base consécutives de durées égales et on fait varier le nombre de trains d'ondes appliqués pendant chaque période de base en fonction de la production d'ozone désirée.

10.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on applique lesdits trains d'ondes pendant des périodes de baseconsécutives de durées égales et on fait varier la durée desdits trains d'ondes appliqués pendant chaque période de base en fonction de la production d'ozone désirée.

11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite tension alternative a une fréquence d'environ 2000 à 5000 Hz.

12.- Dispositif d'alimentation électrique d'un élément générateur d'ozone pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qutil comprend un onduleur à moyenne fréquence (14) comportant un transformateur (15) dont le secondaire (16) est connecté aux bornes dudit élément générateur d'ozone (2) et un circuit (23-28 ; 66-70) pour commander périodiquement l'application par ledit onduleur (14) desdits trains d'ondes générateurs de décharges électroniques audit élément générateur d'ozone (2).

13.- Dispositif suivant a revendication 12, lorsqu'elle dépend de la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit de commande comprend un circuit (H) générateur d'un signal de base de temps en créneau (A) et un dispositif logique (26) commandant périodi quement l'amorçage et l'arrêt dudit onduleur (14).

14.- Dispositif suivant la revendication 13, dans lequel l'onduleur comprendlun condensateur et des premier et deuxième thyristors pour alternativement décharger et charger le condensateur à travers le primaire dudit transformateur, caractérisé en ce que ledit circuit de commande comprend un troisième thyristor (th3) disposé en série avec le condensateur (C) aux bornes de la source d'alimentation (18) en tension continue dudit onduleur pour charger le condensateur (C) préalablement à l'amorçage de chaque train d'ondes.

15.- Dispositif suivant la revendication 14, caractérisé en ce que ledit circuit de commande comprend également des première, deuxième et troisième portes analogiques (23,24,25) normalement ouvertes disposées dans les circuits de gâchette des premier, deuxième et troisième thyristors (th1, th2, th3) respectivement, ainsi qu'un circuit logique d'initialisation (27) pour commander la conduction dudit premier thyristor (th1) de décharge du condensateur (C), ledit dispositif logique de commande (26) étant adapté pour fermer lesdites première, deuxième et troisième portes analogiques (23, 24,25) en réponse à l'apparition d'un front montant d'un créneau dudit signal de base de temDs(A) la fermeture de ladite troisième porte analogique (25) provoquant la conduction dudit troisième thyristor (th3) et la charge dudit condensateur (C) pendant une période de temps prédéterminée, pour ouvrir ladite troisième porte analogique (25) à la fin de ladite période de temps prédéterminée, pour provoquer, après l'achèvement de ladite période de temps prédéterminee, l'application d'une impulsion d'initialisation par ledit circuit logique d'initialisatIon (27) audit premier thyristor (th1) afin de rendre ce dernier conducteur et d'amorcer le fonctionnement dudit onduleur (14), et pour ouvrir lesdites première et deuxième portes analogiques (23, 24) et arrêter le fonctionnement de l'onduleur (14) en réponse à l'apparition du front arrière dudit créneau du signal. de base de temps (A).

16.- Dispositif suivant la revendication 15 lorsqu'elle dépend de la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif logique (26) et ledit circuit générateur de base de terrps (H) sont constitués par un système à microprocesseur (36-38? qui reçoit un signal de reférence (REF) représentatif de la production d'ozone désirée, qui calcule, en fonction dudit signal de référence, le nombre de trains d'ondes à appliquer pendant ladite période de base et qui commande les thyristors (th1, th2, th3) dudit onduleur pour engendrer pendant ladite période de base ledit nombre calculé de trains d'ondes.

17.- Dispositif suivant la revendication 15 lorsqu'elle dépend de la revendication 10, caractérisé en ce que ledit générateur de base de temps (H) comprend un convertisseur de signal analogique en durée d'impul- sion (63) auquel est appliqué un signal analogique re présentatiS de la différence entre la production d'ozone mesurée et la production d'ozone désirée.

18.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 15 à 17, dans lequel l'onduleur comprend des premier et second générateurs de tension (20,21) disposés dans les circuits de gâchette des premier et deuxième thyristors (th1, th2) respectivement, ainsi que des premier et deuxième transformateurs d'intensité (TI1 > TI2) disposés en série avec les premier et deuxiè me thyristors (th1, th2) respectivement et connectés auxdits deuxième et premier générateurs de tension (21, 20) respectivement pour exciter ces derniers et coçman- der, en réponse à la détection de l'annulation du courant dans leur thyristor respectif, la conduction de l'autre thyristor, caractérisé en ce qu'il comprend une porte OU (28) à deux entrées dont l'une est connectée au transformateur d'intensité (tri) associé au deuxième thyristor (th2) et dont l'autre est connecté audit circuit logique d'initialisation (27 ; AD4, 36), la sortie de ladite porte OU (28) étant connectée audit premier générateur de tension de gâchette (20) pour commander la conduction dudit premier thyristor (th1) en présence d'un signal de commande de conduction à l'une au moins de ses entrées.

19.- Dispositif suivant la revendication 12.

lorsqu'elle dépend de la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit logique (66) produisant un signal numérique représentatif de la loi de variation désirée de l'amplitude de la tenson alternative à appliquer audit élément générateur d'ozone, un dispositif (69) pour convertir ledit signal numérique en signaux analogiques, un dispositif (67, 68) de modulation de la tension secteur commandé par lesdits signaux analogiques du dispositif convertisseur (69) et un circuit transformateur-redresseur (70) produisant à sa sortie une tension continue image de ladite tension secteur modulée, ladite tension continue constituant la tension d'alimentation dudit onduleur (14).