FR2668387A1 - Reacteur a decharges electriques de proximite notamment pour la production d'ozone. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un réacteur pour la production de décharges électriques dans un gaz notamment pour la synthèse de l'ozone, du type comprenant: au moins une cellule formée de deux structures d'électrode (200, 300), et d'un conduit (400) de gaz à traiter, et des moyens (500) générateurs de haute tension alternative reliés aux deux électrodes caractérisé par le fait que les deux structures d'électrode (200, 300) définissent, dans le conduit de gaz, une distance interélectrodes variable apte à produire des décharges dans le gaz de longueur variable, et donc de tension seuil variable.

Description

La présente invention concerne un réacteur pour la production de décharges électriques dans un gaz.

La présente invention s'applique en particulier à la synthèse de l'ozone. Elle n'est cependant pas limitée à cette application.

On sait que les phénomènes associés à des décharges dans les gaz s'accompagnent toujours de réactions chimiques.

En fait, toute cellule de décharge dans des milieux oxygénés peut être considérée comme un réacteur chimique pouvant produire de l'ozone (ou d'autres entités, H202 par exemple).

L'ozone est formé selon la réaction globale

qui nécessite la mise en jeu d'une énergie de 284 kJ en supposant que les molécules 0, 2 et O se trouvent dans leurs états fondamentaux respectifs.

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De nombreux dispositifs générateurs d'ozone ont déjà été proposés.

Ceux-ci sont formés généralement - de cellules qui comprennent, comme représenté en coupe transversale sur la figure la annexée:
. un tube 10 en matériau électriquement isolant tel que du verre,
. une première électrode 20 formée d'un revêtement électriquement conducteur placée sur la face interne du tube 10,
une seconde électrode 30 formée d'un tube métallique externe qui reçoit le tube 10 et est coaxial à celui-ci, de sorte que
un conduit 40 d'air ou d'oxygène d'épaisseur constante, typiquement quelques mm, soit formé entre les tubes 10 et 30, et - de moyens 50, schématiquement représentés sur la figure 1, aptes à appliquer une haute tension alternative, typiquement de l'ordre de 20kV, entre les électrodes 20, 30.

L'ozone est formé à partir de l'oxygène circulant dans le conduit 40 grâce aux décharges ainsi produites entre les électrodes 20 et 30 équidistantes.

De plus le plus souvent l'électrode externe 30 est placée dans une enveloppe 60. Un fluide de refroidissement, tel que de l'eau, circule dans le conduit 70 ainsi formé entre l'électrode externe 30 et l'enveloppe 60.

D'autres dispositifs générateurs d'ozone connus comprennent des électrodes planes et non point circulaires et coaxiales comme représenté sur la figure 1. Les dispositifs à électrodes planes peuvent être assimilés à une réalisation développée des dispositifs précédemment décrits et représentés sur la figure I.

Des dispositifs du type évoqué ci-dessus sont par exemple décrits dans les documents : FR-A-2437375, FR-A-2494254, FR-A-2560867,
FR-A-2454995.

D'autres types de dispositifs se fondent sur des décharges qualifiées de décharges de surface ou de décharges rampantes, parce que le champ électrique appliqué a une composante tangentielle à la surface du diélectrique. Un dispositif à décharges rampantes est décrit par exemple dans le document IEEE/IAS 1985 Annual Conférence, page 1353-1358, Oct.

7-11 1985, SENICHI MASUDA et al., "A ceramic-based ozonizer using high frequency discharge".

Le dispositif décrit dans ce dernier document comprend, comme représenté sur la figure lb annexée, un cylindre 10b en matériau électriquement isolant pris en sandwich entre une première électrode externe cylindrique 20b et un réseau interne d'électrodes de décharge 30b.

Le conduit 40b d'air ou d'oxygène est formé à l'intérieur du cylindre 10b.

De préférence, un deuxième cylindre 12b en matériau électriquement isolant est placé sur l'extérieur de l'électrode 20b et un fluide de refroidissement circule dans le canal 70b formé autour du cylindre électriquement isolant l2b.

Dans tous ces dispositifs connus, la décharge s'amorce pour une tension fixe, et à tension croissante occupe pratiquement le même volume, d'où un chauffage croissant préjudiciable à la production d'ozone.

On peut déduire de l'équation (1) que la production maximale d'ozone serait de 1220g/kWh. Mais les rendements énergétiques industriels ne sont que de 5% à 9% du rendement théorique (50 à 70g/kWh avec un débit d'air et 100 à 150g/kWh avec un débit d'oxygène).

La présente invention a pour but principal de proposer un nouveau dispositif générateur d'ozone présentant un rendement énergétique amélioré et ce avec des concentrations, et par conséquent des rendements chimiques, également optimisés.

Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif comprenant - au moins une cellule formée:
de deux structures d'électrode, et
d'un conduit de gaz à traiter, et - des moyens générateurs de haute tension alternative reliés aux deux électrodes, caractérisé par le fait que les deux structures d'électrode définissent, dans le conduit de gaz, une distance interélectrodes variable apte à produire des décharges dans le gaz de longueur variable, et donc de tension seuil variable.

Ainsi comme dans les premiers dispositifs antérieurs connus les décharges selon la présente invention se développent essentiellement dans le volume du conduit de gaz perpendiculairement aux surfaces des structures d'électrode, mais ce sont essentiellement des décharges de proximité qui s' amorcent au niveau de l'intervalle le plus étroit entre les deux structures d'électrode. Ces décharges de proximité tendent à se multiplier en s'éloignant de cette zone d'amorçage, d'autant plus que la tension d'alimentation augmente.

Cette caractéristique essentielle de la présente invention permet de produire un courant maximum avec une tension minimum et ce dans un volume de décharges efficace pour la production d'ozone, tout en évitant les régimes d'arc (décharges chaudes) qui favorisent une destruction thermique de l'ozone, grâce à un volume de décharges croissant avec la tension, alors que celui-ci reste fixe dans les systèmes conventionnels.

Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les deux structures d'électrode sont en contact localisé, dans le conduit en gaz. Le contact localisé entre les deux structures d'électrode peut correspondre soit à des points, soit à des lignes.

Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les surfaces actives des deux structures d'électrode, dans le conduit de gaz, sont des surfaces continues sans point anguleux.

Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, au moins une première structure d'électrode possède une surface externe convexe formant un relief prononcé par rapport à la seconde structure d'électrode et présentant un rayon de courbure supérieur à 1/10, de préférence 1/5 de sa plus grande dimension en section droite.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure la précédemment décrite représente une vue schématique en coupe transversale d'une cellule à décharge conforme à l'état de la technique, - la figure lb précédemment décrite représente une vue schématique en coupe transversale d'une autre cellule à décharge conforme à l'état de la technique, - la figure 2 représente une vue schématique en coupe longitudinale verticale d'un générateur d'ozone conforme à un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, - la figure 3 représente une vue partielle schématique en coupe longitudinale verticale d'une cellule à décharge du générateur illustré sur la figure 2, - les figures 4A à 4F représentent différentes courbes de résultats correspondants au générateur représenté sur la figure 2, - les figures 5A à 5H représentent différentes courbes de résultats correspondants à un autre mode de réalisation de cellules à décharge formées de deux fils émaillés torsadés, - les figures 6A à 6F représentent d'autres courbes de résultat correspondant à un autre mode de réalisation de cellules à décharge conformes à la présente invention formées de deux fils émaillés torsadés, - la figure 7 représente une vue schématique en coupe transversale d'une cellule à décharge comprenant deux fils émaillés adjacents, - la figure 8 représente une variante d'une telle cellule à décharge dans laquelle un seul fil est émaillé, - la figure 9 représente une vue schématique en coupe transversale d'une autre variante de cellule à décharge comprenant un faisceau de fils émaillés, - la figure 10 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'une autre variante de réalisation d'une cellule à décharge, - la figure 11 représente une vue schématique en coupe transversale d'une autre variante de réalisation d'une cellule à décharge à base de plaques.

- les figures 12a, 12b, 12c, 12d représentent de façon schématique les décharges de proximité obtenues conformément à la présente invention.

On va tout d'abord décrire le mode de réalisation préférentiel de la présente invention en regard des figures 2 et 3 annexées.

Selon ce mode de réalisation préférentiel, chaque cellule à décharge comprend essentiellement un tube 200 en matériau électriquement conducteur, une gaine 100 en matériau électriquement isolant, et un fil métallique nu 300.

Le tube 200 est réalisé de préférence en métal. Il est cylindrique et centré sur un axe 202. Le tube 200 est placé à l'intérieur de la gaine 100. La gaine 100 est cylindrique et centrée sur l'axe 202. Celle-ci assure la rigidité diélectrique de la cellule à décharge.

La surface extérieure 203 du tube 200 vient en contact étroit et sur toute son étendue avec la surface interne 103 de la gaine 100. Le tube 200 peut être formé par exemple par dépôt métallique sur l'intérieur de la gaine 100.

Le fil métallique 300 est enroulé en hélice sur la surface extérieure 105 de la gaine 100. Ainsi un contact est établi entre les spires du fil 300 et la surface extérieure 105 de la gaine 100. La zone de contact ainsi définie entre le fil 300 et la gaine 100 correspond à une ligne ou génératrice en hélice du fil 300.

Le tube 200 et le fil 300 forment les deux électrodes de la cellule.

Selon un mode de réalisation très préférentiel de la présente invention, le tube 200 qui constitue l'électrode centrale de la cellule est formé en matériau connu sous la dénomination Kovar, tandis que la gaine 100 est réalisée en verre. I1 pourrait s'agir le cas échéant de céramique ou de tout autre matériau diélectrique présentant vis à vis de la décharge les mêmes qualités de résistance au vieillissement.

Selon un mode de réalisation testé à titre expérimental par les inventeurs, mais nullement limitatif, le tube de Kovar 200 présente une longueur de l'ordre de llcm, un diamètre interne de l'ordre de 0,6mm, un diamètre extérieur de l'ordre de lmm, tandis que l'épaisseur de la gaine de verre 100 est de l'ordre de 0,2mm.

On peut bien entendu envisager de réaliser la cellule à l'aide d'un tube 200 et d'une gaine 100 ouverts à leurs deux extrémités et parcourus par un fluide de refroidissement traversant le canal longitudinal ainsi formé.

Toutefois,-de préférence, comme représenté sur la figure 3, l'une des extrémités 104 de la gaine 100 est fermée sous forme d'une calotte hémisphérique. L'extrémité correspondante 204 du tube 200 présente de préférence un bout arrondi pour éviter au maximum les risques de claquage à ce niveau.

Le générateur haute tension alternative 500 est relié entre l'électrode centrale 200 et l'électrode externe 300.

Dans le cas où comme représenté sur la figure 3 l'une des extrémités de la gaine 100 est fermée, le fluide de refroidissement, typiquement de l'eau, est mis en circulation dans le tube central 200, grâce à une tubulure interne 600 centrée sur l'axe 202. La tubulure 600 peut être formée par exemple à base d'acier inoxydable.

Pour cela la tubulure 600 s'étend sensiblement sur toute la longueur du tube 200, à l'intérieur de celui-ci. Toutefois le diamètre extérieur de la tubulure 600 est inférieur au diamètre interne du tube 200 afin de ménager un passage annulaire 602 entre la périphérie extérieure 601 de la tubulure 600 et la surface interne 201 du tube 200. Par ailleurs, l'extrémité 604 de la tubulure 600 est placée à distance de l'extrémité correspondante arrondie 204 du tube 200.

Ainsi du fluide de refroidissement, tel que de l'eau, introduit dans la tubulure 600, par la première extrémité 603 de celle-ci est refoulé au niveau de l'extrémité 204 du tube 200 dans le passage annulaire 602 précité pour être évacué ensuite de la cellule.

La gaine 100 en matériau électriquement isolant doit présenter un nombre de bulles d'air le plus faible possible pour pouvoir assurer la rigidité diélectrique nécessaire avec une épaisseur minimum.

La cellule ainsi formée comprenant essentiellement l'électro- de centrale 200, la gaine isolante 100 et le fil en hélice 300 est placée dans un conduit 400 destiné à recevoir un gaz contenant de l'oxygène, de préférence soit de l'air, soit de l'oxygène pur.

Un tel conduit 400 a été schématiquement représenté sur la figure 3. Ce conduit peut bien entendu faire 11 objet de nombreuses variantes de réalisation, quant à sa géométrie, sa section, sa longueur, et la nature des matériaux le délimitant.

Sur la figure 3 on distingue schématiquement repésentées l'entrée 402 du conduit par l'intermédiaire de laquelle est introduit le gaz à traiter, et la sortie 404 du conduit, par laquelle sort l'ozone obtenu.

L'entrée 402 et la sortie 404 sont axialement espacées.

L'entrée 402 est proche de l'extrémité fermée 104 de la gaine. La sortie 404 est proche de l'embouchure de la gaine 100.

Le générateur d'ozone représenté sur la figure 2 annexée comprend deux parties principales : une première partie, faisant office de réacteur, constituée par une pluralité de cellules de décharge du type représenté sur la figure 3, et une deuxième partie qui sert au refroidissement de la première.

La première partie comprend un bati 450 qui loge un conduit de gaz 400 à traiter.

L'entrée 402 de gaz dans le conduit 400 est prévue à la partie inférieure du bati 450, tandis que la sortie 404 de l'ozone est prévue en partie supérieure du bati.

Le conduit 400 s'étend sensiblement verticalement selon la représentation illustrée sur la figure 2. Cette disposition n'est bien entendu pas limitative.

Le conduit 400 peut loger plusieurs cellules de décharge du type représenté sur la figure 3. Dans ce cas les axes 202 des cellules de décharges sont parallèles entre eux et de préférence verticaux.

La rigidité mécanique de l'ensemble peut être assurée par des plaquettes horizontales percées de trous qui prennent appui sur la surface interne du conduit de gaz 400 et soutiennent les diverses cellules de décharge.

Les inventeurs ont conduit des essais avec un générateur d'ozone du type représenté sur la figure 2 comprenant cinq cellules de décharge du type illustré sur la figure 3. Ce nombre particulier n'est bien entendu pas limitatif.

Plus précisément encore, selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2 annexée, les tubes 200 en Kovar qui constituent l'électrode centrale des cellules à décharge, émergent des gaines isolantes 100 en partie supérieure du dispositif. A ce niveau, les électrodes centrales 200 sont raccordées à une première plaque 502. La plaque 502 est placée en partie supérieure du bati 450. Le bati 450 est pourvu à sa partie inférieure d'une seconde plaque de raccordement 504 à laquelle sont reliés les divers fils 300 enroulés sur chaque cellule de décharge.

Les plaques de raccordement 502, 504 sont reliées aux deux bornes d'un générateur haute tension alternative 500 comme cela est représenté schématiquement sur la figure 2.

Les moyens de refroidissement du générateur sont prévus en partie supérieure du bati 450, au-dessus de la plaque 502.

Pour l'essentiel, ces moyens de refroidissement comprennent une chambre 650 dans laquelle débouchent les tubes 600, et qui communique elle-même avec une arrivée de fluide de refroidissement 652, ainsi qu'un collecteur 660 dans lequel débouche les canaux annulaires 602 et qui communique avec une sortie de fluide de refroidissement 662.

La figure 3 montre clairement que la distance inter électrodes définie dans le conduit de gaz entre la surface du fil nu 300 et la surface extérieure 105 de la gaine isolante 100 n'est pas constante, mais variable.

Ainsi les décharges produites dans le gaz sont de longueur variable et correspondent à des tensions seuil variables.

Par ailleurs on notera que la surface extérieure 105 de la gaine 100 et la surface du fil 300 sont continues, c'est-à-dire sans point anguleux.

De plus le fil nu 300 forme un relief prononcé par rapport à la surface extérieure 105 de la gaine 100 et le rayon de courbure de la section du fil est supérieur au 1/10 de sa plus grande dimension en section droite, puisqu'en l'espèce le rayon de courbure du fil est égal à la moitié de sa plus grande dimension qui colncide elle avec le diamètre du fil.

L'homme de l'art comprendra aisément que le gaz, tel que l'air ou l'oxygène introduit dans le conduit 400 par l'entrée 402 s'élève dans le générateur autour des cellules à décharge et l'ozone est récupéré à la sortie 404 du conduit. Le fluide de refroidissement introduit par l'entrée 652 atteint la chambre de distribution 650 et de là s'écoule dans les tubes centraux 600 de chaque cellule à décharge. Le fluide de refroidissement est ensuite refoulé dans les espaces annulaires 602 définis entre les tubulures 600 et les tubes 200. Le fluide de refroidissement est récupéré dans le collecteur 660 et évacué alors vers la sortie 662.

Les résultats obtenus avec un dispositif générateur d'ozone expérimental du type représenté sur la figure 2, ont permis d'obtenir des rendements de 80 g/kWh en alimentant l'ozoneur avec un débit d'air reconstitué (38 I/h et 60 I/h) et de 200 g/kWh avec un débit en oxygène (33,33 I/h et 58 I/h). Des débits plus faibles que ceux indiqués ci-dessus ont donné des concentrations importantes, mais des rendements plus faibles.

Les résultats obtenus sur ce générateur sont représentés sur les figures 4A à 4F.

Plus précisément, la figure 4A représente la concentration d'ozone obtenue en fonction de la tension crête-crête appliquée pour différents débits d'air. La figure 4B représente le rendement en fonction de la tension crête-crête appliquée pour les mêmes débits d'air. La figure 4C représente la concentration d'ozone obtenue en fonction de la tension crête-crête appliquée pour différents débits d'oxygène. La figure 4D représente le rendement en fonction de la tension crête-crête appliquée pour les mêmes débits d'oxygène. La figure 4E représente le courant en fonction de la tension crête-crête appliquée. La figure 4F représente la puissance consommée en fonction de la tension crête-crête appliquée.

Le cas échéant le fil 300 représenté sur les figures 2 et 3 pourrait être revêtu d'une couche électriquement isolante. Le fil 300 pourrait par exemple être émaillé.

On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation proposé dans le cadre de la présente invention.

Selon ce mode de réalisation, les structures d'électrode sont formées de deux fils conducteurs émaillés en contact placés dans le conduit de gaz à traiter. Une telle cellule de décharge est représentée schématiquement sur la figure 7 annexée.

On distingue en effet sur celle-ci deux fils conducteurs 210, 310 de sections circulaires, muni chacun d'un revêtement d'émail 110, 112 respectivement. Plus précisément encore, les fils émaillés 210, 310 sont torsadés puis pliés pour obtenir un dispositif de longueur raisonnable.

Les inventeurs ont réalisé par exemple des essais sur un dispositif expérimental formé de deux longs fils émaillés de 12m de longueur torsadés puis pliés jusqu'à obtenir une longueur d'environ 12 à
15cm.

Le revêtement d'émail 110, 112 joue ici le même rôle que le verre 100 dans les cellules représentées sur la figure 3. Les essais réalisés par les inventeurs ont montré que la conductivité thermique de l'émail est suffisante pour fournir des rendements en ozone élevés sans refroidissement imposé.

Plus précisément encore, les inventeurs ont réalisé des essais avec mesure de concentration et de rendement en ozone sur deux générateurs réalisés avec deux différents types de fils de cuivre émaillés.

Un premier essai a été réalisé avec du fil émaillé commercialisé sous la dénomination "Thomrex 220" grade 2 avec un revêtement d'émail en résine polyimide aromatique. Un second essai a été réalisé avec du fil commercialisé sous la dénomination "Thomrex 210" grade 1 avec émail en résine polyamide imide.

Les résultats obtenus à l'aide du fil de type "Thomrex 220" sont illustrés sur les figures 5A à 5H annexées. Les résultats obtenus avec le fil dénommé "Thomrex 210" sont illustrés sur les figures 6A à 6F annexées.

Une étude comparative de ces diverses figures montrent que les meilleurs résultats ont été obtenus par le fil "Thomrex 220" grade 2.

Plus précisément encore, la figure 5A représente la concentration d'ozone obtenue en fonction de la tension crête-crête appliquée sur des fils émaillés "Thomrex 220" pour différents débits d'air. La figure 5B représente le rendement en fonction de la tension crête-crête appliquée sur des fils émaillés "Thomrex 220" pour les mêmes valeurs de débit d'air. La figure 5C représente le courant obtenu en fonction de la tension crête-crête appliquée pour les mêmes débits d'air. La figure 5D représente la puissance consommée en fonction de la tension crête-crête appliquée pour les mêmes débits d'air. La figure 5E représente la concentration d'ozone obtenue en fonction de la tension crête-crête appliquée sur des fils "Thomrex 220" pour différents débits d'oxygène.La figure 5F représente le rendement en fonction de la tension crête-crête appliquée sur des fils "Thomrex 220" pour les mêmes débits d'oxygène. La figure 5G représente le courant obtenu en fonction de la tension crête-crête appliquée pour les mêmes débits d'oxygène. La figure 5H représente la puissance consommée en fonction de la tension crête-crête appliquée pour les mêmes débits d'oxygène.

La figure 6A représente la concentration d'ozone obtenue en fonction de la tension crête-crête appliquée sur des fils émaillés "Thomrex 210" pour différents débits d'air. La figure 6B représente le rendement en fonction de la tension crête-crête appliquée sur des fils émaillés "Thomrex 210" pour les mêmes débits d'air. La figure 6C représente la puissance consommée en fonction de la tension crête-crête appliquée pour les mêmes débits d'air. La figure 6D représente la concentration d'ozone obtenue en fonction de la tension crête-crête appliquée pour différents débits d'oxygène. La figure 6E représente le rendement en fonction de la tension crête-crête appliquée sur des fils émaillés "Thomrex 210" pour les mêmes débits d'oxygène. La figure 6F représente la puissance consommée en fonction de la tension crête-crête appliquée pour les mêmes débits d'oxygène.

Plus précisément encore les essais indiqués ci-dessus ont été réalisés, d'une part avec du fil "Thomrex 220" présentant un diamètre de conducteur 210, 310 de lmm et une épaisseur de revêtement d'émail 110, 112 de 621lu, d'autre part avec du fil "Thomrex 210" présentant un diamètre de conducteur 210, 310 de 0,95mm et une épaisseur de revêtement d'émail 110, 112 de 79ut.

On notera que dans le cadre des essais effectués les revêtements d'émail 110, 112 étaient portés en contact comme représenté sur la figure 7.

Selon la variante représentée sur la figure 8 l'un des fils 310 peut être un fil nu et non point émaillé. Selon la figure 8 le fil nu 310 est porté au contact du revêtement d'émail 110 prévu sur l'autre fil 210.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.

Comme cela est représenté schématiquement en coupe transversale sur la figure 9, les cellules de décharge peuvent par exemple être formées d'un faisceau de fils conducteurs 220, 320 émaillés ou recouverts de tout autre matériau diélectrique présentant une résistance et une inertie chimique satisfaisante vis à vis des contraintes générées par les décharges ; ces fils étant répartis selon un agencement régulier de lignes et colonnes perpendiculaires entre elles, chaque paire de fils adjacents 220, 320 comprenant deux fils de polarités opposées, dont l'un au moins est émaillé en 120, 122. Dans ce cas le conduit de gaz dans lequel se forme l'ozone est formé par les différents interstices 420 ménagés entre les fils.

Selon une autre variante représentée schématiquement sur la figure 10, les cellules à décharge peuvent être formées par juxtaposition de tubes électriquement conducteurs 200 placés dans des gaines 100 électriquement isolantes du type représenté sur la figure 3 mais dépourvus de fils en hélice 300. Dans ce cas deux tubes 200 adjacents séparés par le diélectrique 100 sont reliés aux bornes du générateur haute tension alternative. De telles structures de base en doigt de gant peuvent être placées en agencement régulier de lignes et colonnes perpendiculaires, de façon similaire à la représentation de la figure 9. Les entrées et sorties du fluide de refroidissement peuvent être adjacentes, ou opposées, les structures en doigts de gant étant alors montées tête bêche comme représenté schématiquement sur la figure 10.

Selon encore une autre variante de réalisation représentée sur la figure 11, les électrodes de chaque cellule à décharge peuvent être formées d'un empilement de plaques 230, 330 généralement planes, en matériau électriquement conducteur.

Les plaques 230 forment une première électrode et sont reliées à une première borne du générateur haute tension alternative.

Les plaques 330 forment la seconde électrode et sont reliées à la seconde borne du générateur haute tension alternative.

L'une au moins des deux séries de plaques 230 ou 330 est pourvue sur une face d'un matériau électriquement isolant 130 tel que l'émail.

Selon la figure 11, il s'agit des plaques 230.

Les plaques 230, 330 sont déformées localement de sorte que les deux électrodes ainsi formées viennent en contact avec le matériau électriquement isolant 130. De préférence les plaques 230, 330 présentent des ondulations régulières, avantageusement parallèles, comme représenté sur la figure 11. Les plaques 230, 330 sont ainsi en contact selon des lignes parallèles. Les déformations réalisées dans les plaques ne doivent pas présenter des points anguleux.

Plus précisément selon le mode de réalisation représenté sur la figure 11, l'empilement de plaques comprend deux plaques 230 adjacentes mais d'ondulations opposées, puis deux plaques 330 adjacentes mais d'ondulations opposées, puis à nouveau deux plaques 230 et ainsi de suite.

Le revêtement électriquement isolant 130 est placé sur l'extérieur des plaques 230, pour venir en contact avec les plaques 330 placées en regard. Les conduits 430 formés entre le revêtement isolant 130 et les plaques 330 servent de conduits pour le gaz à traiter pour la génération d'ozone. Les autres conduits 630 formés d'une part entre les plaques 230 adjacentes et d'autre part entre les plaques 330 adjacentes peuvent servir de conduits pour le fluide de refroidissement.

I1 est à noter que les générateurs d'ozone conformes à la présente invention, quel que soit leur mode de réalisation particulier, présentent un faible encombrement.

Comme indiqué précédemment, selon la caractéristique essentielle de la présente invention, les deux structures d'électrode définissent, dans le conduit de gaz, une distance interélectrodes variable apte à produire des décharges dans le gaz de longueur variable, et donc de tension seuil variable.

De plus de préférence les deux structures d'électrode sont en contact localisé dans le conduit de gaz.

Cependant on peut envisager de ne pas placer les deux structures d'électrode en contact, mais seulement très proches l'une de l'autre.

Par ailleurs, l'une au moins des électrodes est placée en relief par rapport à l'autre électrode et possède une surface extérieure sans point anguleux, de rayon de courbure important. Le rayon de courbure de cette électrode est typiquement supérieur à 1/5 de sa plus grande dimension en section droite. Dans le cas d'une électrode de section circulaire, la plus grande dimension précitée correspond au diamètre de l'électrode.

Grâce aux caractéristiques rappelées ci-dessus conformes à la présente invention, les décharges de proximité s'amorcent au voisinage de la ligne de contact ou de plus faible intervalle entre les deux électrodes et se multiplient en s'éloignant de cette ligne, d'autant plus que la tension augmente. Ainsi l'invention permet, dans un espace donné de maximiser le volume de production d'ozone par une occupation maximale de volume actif de décharge, ce qui a pour effet de limiter les effets de chauffage du gaz préjudiciables à la production d'ozone.

Ces dispositions sont illustrées schématiquement sur les figures 12a à 12b. Ces figures représentent schématiquement en section droite deux électrodes adjacentes du type représenté sur la figure 7 précédemment décrite.

Plus précisément, la figure 12a représente les électrodes en absence de tension d'alimentation. Les figures 12b, 12c, 12d montrent schématiquement, sous les références D, les lignes de décharge électrique obtenues pour des tensions croissantes appliquées entre ces électrodes.

On comprend que la configuration conforme à l'invention réalise une distance interélectrodes variable qui produit des décharges dans le gaz de longueur variable, et donc de tension seuil variable avec une longueur minimum extrêmement réduite et une tension seuil minimale (minimum de Paschen) d'où une utilisation optimale de l'onde de tension avec des temps morts extrêmement réduits au zéro de tension. La disposition des électrodes avec une surface de contact nulle ou extrêmement faible réduit au minimum la composante du courant en quadrature, c'est-à-dire réactive et donc inutile. La puissance active est ainsi utilisée de façon optimale pour la production d'ozone. De plus, si la température électronique est élevée, la température du gaz est faible dans la majeure partie du volume gazeux occupé par les décharges.

Les essais réalisés avec les fils émaillés de type "Thomrex 210" ont permis des rendements de 140g/kWh pour l'air et 250g/kWh pour l'oxygène.

Les essais réalisés avec les fils émaillés de type "Thomrex 220" ont permis des rendements de 180g/kWh pour l'air et 300g/kWh pour l'oxygène.

Le matériau composant l'élément électriquement isolant peut faire l'objet de nombreuses variantes. L'essentiel étant que ce matériau ait les qualités suivantes : une bonne rigidité diélectrique et une bonne résistance aux décharges, une bonne conductivité thermique, et une bonne résistance à l'ozone.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Réacteur pour la production de décharges électriques dans

un gaz notamment pour la synthèse de l'ozone, du type comprenant - au moins une cellule formée

de deux structures d'électrode (200, 300 ; 210, 310 ; 220, 320 ; 230,

330), et

d'un conduit (400 ; 420 ; 430) de gaz à traiter, et - des moyens (500) générateurs de haute tension alternative reliés aux deux électrodes caractérisé par le fait que les deux structures d'électrode (200, 300 ; 210, 310 ; 220, 320 ; 230, 330) définissent, dans le conduit de gaz, une distance interélectrodes variable apte à produire des décharges dans le gaz de longueur variable, et donc de tension seuil variable.

2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux structures d'électrode (200, 300 ; 210, 310 ; 220, 320 ; 230, 330) sont en contact localisé, dans le conduit de gaz (400 ; 420 ; 430).

3. Réacteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le contact localisé entre les deux structures d'électrode (200, 300 ; 210, 310 ; 220, 320 ; 230, 330) correspond au moins sensiblement à des points.

4. Réacteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le contact localisé entre les deux structures d'électrode (200, 300 ; 210, 310 ; 220, 320 ; 230, 330) correspond sensiblement à une ligne.

5. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les surfaces actives des structures d'électrode (200, 300 210, 310 ; 220, 320 ; 230, 330), dans le conduit de gaz (400 ; 420 ; 430) sont des surfaces continues sans point anguleux.

6. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'au moins une première structure d'électrode (300) possède une surface externe convexe formant un relief prononcé par rapport à la seconde structure d'électrode (100, 200) et présentant un rayon de courbure supérieur à 1/10, de préférence 1/5 de sa plus grande dimension en section droite.

7. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que chaque cellule à décharge comprend une première structure d'électrode formée d'un tube (200) en matériau électriquement conducteur placé dans une gaine électriquement isolante (100), et une seconde structure d'électrode formée d'un fil (300) enroulé en hélice sur la surface externe de la gaine (100).

8. Réacteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le fil (300) est un fil émaillé.

9. Réacteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le fil (300) est un fil nu.

10. Réacteur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le tube central (200) est un tube en métal.

11. Réacteur selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que le tube central (200) est un tube en Kovar (marque déposée).

12. Réacteur selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que la gaine (100) en matériau électriquement isolant est en verre ou céramique.

13. Réacteur selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait que la gaine (100) en matériau électriquement isolant est fermée à l'une de ses extrémités et reçoit un tube central (600) conçu pour assurer une circulation de fluide de refroidissement.

14. Réacteur selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé par le fait qu'une pluralité de cellules de décharge sont logées dans un conduit commun (400) recevant le gaz à traiter.

15. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait les deux structures d'électrodes sont formées de deux fils (210, 310) adjacents dont l'un au moins est émaillé.

16. Réacteur selon la revendication 15, caractérisé par le fait que les fils (210, 310) sont torsadés puis pliés.

17. Réacteur selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé par le fait que l'émail (110, 112) est choisi dans le groupe comprenant les résines polyimide aromatique, et les résines polyamide imide.

18. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend un faisceau d'électrodes (220, 320) disposées selon un agencement régulier de lignes et colonnes perpendiculaires, chaque paire d'électrodes adjacentes comprenant deux électrodes de polarités opposées, l'un au moins des types d'électrodes étant pourvu d'un revêtement électriquement isolant (120, 122).

19. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les structures d'électrode sont formées d'au moins deux plaques généralement planes (230, 330) dont l'une au moins est pourvue d'un revêtement électriquement isolant (130, 132) et qui sont conformées pour venir localement en contact.

20. Réacteur selon la revendication 19, caractérisé par le fait que les électrodes sont formées de plaques ondulées (230, 330).