FR2864746A1 - Electrode pour la generation de plasma de decharge a barriere dielectrique - Google Patents

Electrode pour la generation de plasma de decharge a barriere dielectrique Download PDF

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Abstract

Une électrode (1, 1') pour la génération de plasma de décharge à barrière diélectrique, comprend une portion (10) de fil conducteur électrique revêtu d'une gaine en matériau diélectrique.Utilisation de deux électrodes (1, 1') disposées en regard l'une de l'autre.

Description

La présente invention concerne une électrode pour la génération de
plasma de décharge à barrière diélectrique.
Elle concerne également un générateur de plasma de décharge à barrière diélectrique mettant en oeuvre les électrodes conformes à l'invention, ainsi qu'un dispositif de traitement d'un flux gazeux mettant en oeuvre un tel générateur de plasma.
De manière générale, la présente invention concerne le traitement d'un flux gazeux au moyen d'un plasma de décharge à barrière diélectrique (DBD ou Dielectric Barrier Discharge).
Dans un tel système générateur de plasma, les électrodes sont généralement réalisées par des plaques métalliques disposées parallèlement et entre lesquelles est généré un plasma de décharge à barrière diélectrique.
Un matériau non conducteur est intercalé entre les électrodes pour former la barrière diélectrique.
Dans certaines applications, il est intéressant que le flux gazeux devant traverser le plasma, puisse également traverser les électrodes. Les électrodes sont alors disposées transversalement au flux gazeux.
On connaît ainsi des plaques perforées formant électrodes, disposées en regard l'une de l'autre de telle sorte que le plasma est généré entre ces électrodes et que le flux gazeux peut traverser ces mêmes électrodes grâce aux perforations.
Un matériau diélectrique perforé est également rajouté transversalement au flux gazeux pour permettre l'obtention du plasma de décharge à barrière diélectrique.
Dans ce type de réalisation, il existe des chemins privilégiés entre les deux électrodes, au travers des ouvertures du matériau diélectrique. Ces zones favorisent la génération d'arcs électriques d'une électrode à l'autre, détruisant ainsi ces électrodes.
La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et de proposer un nouveau type d'électrode permettant une isolation complète de l'électrode et supprimant ainsi tout risque de génération d'arcs électriques.
A cet effet, la présente invention concerne selon un premier aspect une électrode pour la génération d'un plasma de décharge à barrière diélectrique comprenant une portion de fil conducteur électrique revêtu d'une gaine en matériau diélectrique.
En utilisant ainsi un fil électrique revêtu d'une gaine isolante, l'électrode est entièrement enrobée d'un matériau diélectrique. Aucun chemin préférentiel ne peut ainsi exister entre les électrodes quelle que soit la géométrie utilisée.
Ainsi, lorsque l'on utilise deux électrodes conformes à l'invention et que l'on place parallèlement les portions de fil conducteur électrique, on obtient deux parties métalliques en regard l'une de l'autre séparées par deux couches de matériau diélectrique formées par les gaines enrobant le fil conducteur électrique.
De préférence, l'électrode comporte un support et une portion de fil conducteur électrique revêtu d'une gaine en matériau diélectrique fixée sur le support.
On dispose ainsi d'électrodes facilement manipulables et pouvant être fixées dans un dispositif de génération de plasma, les supports des électrodes étant disposés les uns en regard des autres afin de former entre eux des zones de génération de plasma.
Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, le support comporte une ouverture, la portion de fil conducteur gainé s'étendant au travers de l'ouverture.
Une telle électrode peut grâce à son ouverture être traversée par un flux gazeux à traiter par plasma, la portion de fil conducteur gainé s'étendant au travers de l'ouverture permettant de générer une zone de plasma au droit de cette ouverture.
Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, l'électrode comporte un support s'étendant sensiblement dans un plan, ce support comportant une ouverture et la portion de fil conducteur gainé s'étendant dans le plan du support au travers de l'ouverture.
Ce type de réalisation est particulièrement simple à mettre en oeuvre. L'électrode se présente ainsi sous la forme d'une pièce sensiblement plane.
Afin d'obtenir une génération de plasma homogène au droit de l'ouverture de l'électrode, la portion de fil conducteur gainé forme plusieurs segments de fil conducteur gainé s'étendant au travers de l'ouverture.
L'homogénéité du plasma est également assurée dès lors que les segments de fil conducteur gainé traversant l'ouverture sont espacés régulièrement les uns des autres.
Afin que l'écartement reste constant, l'électrode comporte de 15 préférence des moyens de tension adaptés à exercer une force de traction à deux extrémités de la portion de fil conducteur gainé.
Selon un second aspect de l'invention, elle concerne un générateur de plasma de décharge à barrière diélectrique, comportant au moins deux électrodes conformes à l'invention, disposées en regard l'une de l'autre.
On obtient ainsi un générateur de plasma de décharge à barrière diélectrique dans lequel l'électrode est entièrement revêtue d'un matériau diélectrique, évitant ainsi tout risque de formation d'arc électrique d'une électrode à l'autre.
De préférence, ces électrodes comportent respectivement des 25 ouvertures disposées en regard les unes des autres.
On obtient ainsi un générateur de plasma de décharge à barrière diélectrique dans lequel un flux gazeux devant être traité par le plasma peut traverser les électrodes.
Enfin, la présente invention vise également un dispositif de traitement d'un flux gazeux comprenant un générateur de plasma de décharge à barrière diélectrique conforme à l'invention, un support catalytique comprenant des moyens de passage d'un flux gazeux étant disposé entre lesdites électrodes.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1A illustre en vue de dessus une électrode conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 1B est une vue en coupe transversale d'un fil conducteur gainé ; - la figure 2 illustre en vue de dessus une électrode conforme à un second mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 illustre en perspective un générateur de plasma de décharge à barrière diélectrique conforme à un mode de réalisation de l'invention; et - la figure 4 illustre en perspective écorchée un dispositif de traitement de gaz conforme à un mode de réalisation de l'invention.
On va décrire tout d'abord en référence à la figure 1 une électrode pour la génération de plasma de décharge à barrière diélectrique conforme à un premier mode de réalisation.
Dans son principe, cette électrode comprend une portion 10 de fil conducteur électrique revêtu d'une gaine en matériau diélectrique.
En effet, lorsque l'on dispose deux portions 10 d'un tel fil conducteur parallèlement l'une à l'autre, on obtient deux parties métalliques en regard l'une de l'autre séparées par deux couches d'un matériau diélectrique correspondant à chaque gaine recouvrant le fil conducteur électrique.
On a illustré en coupe transversale un tel fil conducteur gainé.
Ce fil conducteur gainé comporte une âme constituant un fil conducteur électrique 11 entouré d'une gaine 12 en matériau diélectrique.
De préférence, le fil conducteur électrique 11 est une âme monobrin.
En effet, l'utilisation d'une âme multibrins, réalisée à partir d'une torsade des brins, aurait pour effet de créer des variations de distance entre deux électrodes placées en regard l'une de l'autre. Ces variations de distance influeraient sur l'homogénéité des zones de plasma.
La gaine en matériau diélectrique 12 peut être réalisée en tout type de matériau diélectrique adapté à être mis en présence avec les éléments 5 présents dans le plasma généré.
En particulier, pour la génération d'un plasma de décharge à barrière diélectrique adapté au traitement d'un flux gazeux, les éléments constitutifs de ce plasma sont des ultraviolets et de l'ozone. Des matériaux diélectriques adaptés à ce type de plasma peuvent être des revêtements fluorocarbonés tels que du polytétrafluoroéthylène (PTFE) commercialisé sous la marque Téflon ou encore du silicone, ou éventuellement un revêtement de Téflon recouvert lui-même d'une couche de silicone.
Dans l'exemple illustré à la figure 1A, l'électrode comporte un support 13, la portion 10 de fil conducteur gainé étant fixée sur ce support.
Ce support 13 peut être en résine chargée de verre pour assurer sa rigidité mécanique.
Cette électrode étant destinée à être placée transversalement à un flux gazeux à traiter, le support 13 comporte une ouverture 14 et la portion 10 de fil conducteur gainé s'étend au travers de cette ouverture 14.
Dans ce mode de réalisation, le support a une forme sensiblement carrée et comporte une ouverture circulaire 14 de diamètre légèrement inférieur aux dimensions du support carré.
La portion 10 de fil conducteur gainé s'étend ainsi dans le plan du support, au travers de l'ouverture 14.
Afin de présenter une surface d'électrode sensiblement homogène dans le plan du support 13, le fil conducteur gainé chemine sur le support en traversant à de multiples reprises l'ouverture 14 afin de quadriller autant que possible la surface, en forme de disque ici, de cette ouverture 14.
Ainsi, cette portion 10 de fil conducteur gainé forme plusieurs 30 segments de fil conducteur gainé qui s'étendent au travers de l'ouverture 14.
Dans ce mode de réalisation, le fil conducteur gainé serpente, suivant un chemin de va-et-vient entre un bord 13a et un bord opposé 13b du support 13.
Les segments de fil conducteur gainé s'étendant au travers de l'ouverture 14 sont ainsi parallèles, espacés régulièrement les uns des autres.
Enfin, il est important que la portion 10 de fil conducteur gainé ait ses deux extrémités 10a, 10b fixées au support 13 de manière sensiblement adjacente.
Pour cela, dans ce mode de réalisation tel qu'illustré à la figure 1A, la portion 10 de fil conducteur gainé chemine en double sur le support 13.
Comme illustré sur la figure 3, le support 13 comporte des gorges de cheminement 15 du fil conducteur gainé.
Ces gorges de cheminement 15 sont réalisées à la surface de la partie pleine du support 13. Ces gorges de cheminement 15 débouchent ainsi en vis-à-vis les unes des autres dans l'ouverture 14 de telle sorte que la portion 10 de fil conducteur gainé est logée dans ces gorges de cheminement 15 de part et d'autre de l'ouverture 14 qu'elle traverse.
Afin de maintenir en position le fil conducteur gainé, et notamment de le maintenir tendu, ces gorges de cheminement 15 peuvent comporter des ergots 16 de formes diverses destinés notamment à maintenir le fil dans les portions courbes des gorges de cheminement 15.
Afin d'obtenir un plasma homogène entre les fils de deux électrodes placées en vis-à-vis, il faut que ces fils soient correctement tendus afin que l'écartement entre ces fils reste constant. Il est donc avantageux de prévoir un système de tension 17 tel qu'illustré à la figure 3 qui est adapté à exercer une force de traction aux deux extrémités 10a, 10b de la portion 10 de fil conducteur gainé.
Ce système de tension 17 peut être réalisé à partir de mâchoires dont le réglage de la force de traction exercée sur le fil peut par exemple être réalisé au moyen d'une vis. II peut comporter en outre un système de compensation, tel un ressort, assurant une force de traction suffisante même en cas d'un éventuel allongement du fil.
Si ce système de tension 17 comporte des parties métalliques, ces dernières seront de préférence connectées à l'âme du fil conducteur électrique 11 qu'elles maintiennent en tension.
Ainsi, l'une des mâchoires du système de tension 17 perfore la gaine 12 pour mettre l'ensemble métallique du système de tension 17 au potentiel du fil conducteur électrique 11.
Le cheminement de la portion 10 de fil conducteur gainé permet de ramener ses deux extrémités 10a, 10b au niveau du système de tension 17, évitant tout effet de pointe sur l'extrémité du fil qui n'est plus isolée.
Bien entendu, le mode de réalisation en serpentin double tel qu'illustré à la figure 1A n'est qu'un mode de réalisation parmi d'autres.
On a illustré à la figure 2 un autre mode de réalisation d'une électrode conforme à l'invention.
Dans cet exemple, le support 13 comporte deux portions d'ouverture 14a, 14b séparées par une traverse 18 sur laquelle peuvent être fixés des segments de fil conducteur gainé.
Afin que les deux extrémités 10a, 10b de la portion 10 de fil conducteur gainé soient fixées l'une à côté de l'autre sur le support 13, au niveau de la traverse 18, le fil conducteur gainé est dans cet exemple fixé en formant deux courbes sinusoïdales de part et d'autre de la traverse 18, réunies du côté d'un bord 13c du support 13, opposé au bord 13d portant les deux extrémités 10a, 10b du fil conducteur gainé.
Comme précédemment, des gorges de cheminement peuvent être réalisées dans les portions pleines du support 13 et un système de tension peut être fixé au niveau des extrémités 10a, 10b du fil conducteur gainé afin d'exercer une traction et de maintenir tendu ce fil conducteur gainé.
On va décrire à présent en référence à la figure 3 un exemple de générateur d'un plasma de décharge à barrière diélectrique conforme à un mode de réalisation de l'invention.
Dans cet exemple, le générateur d'un plasma de décharge à barrière diélectrique met en oeuvre deux électrodes telles que décrites précédemment en référence aux figures 1A et I B. Ces électrodes 1, 1' sont fixées l'une contre l'autre de telle sorte que les faces de chaque support 13, 13', opposées aux faces portant la portion 10 de fil conducteur gainé, soient en contact l'une contre l'autre.
Une zone de plasma peut ainsi être générée au niveau des ouvertures 14 placées en vis-à-vis, entre les portions 10, 10' de fil conducteur gainé montées en regard les unes des autres.
Afin d'éviter d'avoir des sorties d'électrode trop rapprochées, les extrémités 10a, 10b et 10'a, 10'b des portions 10, 10' de fil conducteur gainé de chaque électrode 1, 1' sont disposées à l'opposé l'une de l'autre dans le montage du générateur.
Ces électrodes 1, 1' sont identiques et s'emboîtent l'une contre l'autre, les supports 13, 13' étant disposés à 180 l'un par rapport à l'autre.
Ce type de générateur est particulièrement bien adapté au traitement d'un flux gazeux traversant un plasma généré par les électrodes placées transversalement à ce flux.
L'utilisation d'un fil conducteur gainé présente l'avantage de limiter les pertes de charge lors du transfert du flux gazeux au travers de ces électrodes. En effet, la section utile des ouvertures 14 pour le passage du flux gazeux est conservée, à l'épaisseur du fil conducteur gainé près.
En outre, aucun chemin préférentiel n'existe entre ces électrodes recouvertes d'un matériau diélectrique 12 de telle sorte que la formation d'arcs électriques susceptibles de détruire les électrodes est ainsi soigneusement évitée.
Un tel générateur d'un plasma de décharge à barrière diélectrique 25 est particulièrement bien adapté à être monté dans un dispositif de traitement d'un flux gazeux tel qu'illustré à la figure 4.
Ce dispositif de traitement d'un flux gazeux permet notamment de traiter des fumées de cuisson dans une hotte filtrante domestique. Un tel dispositif est notamment décrit dans la demande de brevet français N 0216778.
Ainsi, un support catalytique 20, comprenant des moyens de passage d'un flux gazeux est disposé entre deux électrodes 1, 1' conformes à l'invention.
Le support catalytique 20 peut comporter des canaux (non représentés) s'étendant dans la direction F de circulation du flux gazeux.
En particulier, ce dispositif de traitement d'un flux gazeux peut être adapté à équiper une conduite 21 de circulation des gaz de forme traditionnellement cylindrique. Dans ce cas, l'ouverture 14, 14' de chaque électrode 1, 1' présente une surface de passage correspondant à la surface transversale de la conduite 21.
Lors de ce montage du dispositif de traitement d'un flux gazeux, la surface de chaque ouverture 14, 14' est traversée d'un réseau de segments de fil conducteur gainé s'étendant régulièrement dans le plan de chaque électrode et disposé également à distance régulière d'une électrode 1 à l'autre électrode 1'. Le plasma est généré entre les électrodes 1, 1'; directement dans le support catalytique 20.
On obtient ainsi un dispositif de traitement d'un flux gazeux par catalyse et plasma combinés, relativement compact et simple à fixer sur une conduite 21 de circulation d'un flux gazeux.
En particulier, plusieurs dispositifs de traitement d'un flux gazeux tels qu'illustrés à la figure 4 peuvent être montés successivement les uns derrière les autres dans une conduite cylindrique de traitement d'un flux gazeux.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de description décrits précédemment et de nombreuses modifications peuvent être apportées à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, une électrode réalisée à partir d'une portion 10 de fil conducteur gainé pourrait également être utilisée sur un support plein, ne comportant pas d'ouverture pour le passage de gaz.
En particulier, des électrodes peuvent être réalisées avec un fil conducteur gainé serpentant sur deux parois opposées d'un tube en céramique au travers duquel sera généré le plasma, les gaz à traiter circulant à l'intérieur du tube.
Dans ce cas, les électrodes sont disposées dans des plans non pas transversaux au flux gazeux mais au contraire parallèles à ce flux.
Lorsque le flux gazeux circule dans une conduite cylindrique, il est également possible de réaliser une électrode interne grâce à un fil conducteur gainé s'étendant sensiblement dans l'axe de la conduite cylindrique et une électrode externe réalisée à partir d'un fil conducteur gainé enroulé en spirale autour de la conduite cylindrique.

Claims (1)

11 REVENDICATIONS,
1. Electrode pour la génération de plasma de décharge à barrière diélectrique, caractérisée en ce qu'elle comprend une portion (10) de fil conducteur électrique (11) revêtu d'une gaine en matériau diélectrique (12).
2. Electrode conforme à la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un support (13) et une portion (10) de fil conducteur électrique (11) revêtu d'une gaine en matériau diélectrique (12) fixée sur ledit support (13).
3. Electrode conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que le support (13) comporte une ouverture (14), la portion (10) de fil conducteur gainé s'étendant au travers de l'ouverture (14).
4. Electrode conforme à la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un support (13) s'étendant sensiblement dans un plan, ledit support (13) comportant une ouverture (14) et ladite portion (10) de fil conducteur gainé s'étendant dans le plan dudit support (13) au travers de l'ouverture (14).
5. Electrode conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que ladite portion (10) de fil conducteur gainé forme plusieurs segments de fil conducteur gainé s'étendant au travers de l'ouverture (14).
6. Electrode conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits segments de fil conducteur gainé traversant l'ouverture (14) sont espacés régulièrement les uns des autres.
7. Electrode conforme à l'une des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que ladite portion (10) de fil conducteur gainé a deux extrémités (10a, 10b) sensiblement adjacentes fixées audit support (13).
8. Electrode conforme à l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que le support (13) comporte des gorges de cheminement (15) du fil conducteur gainé.
9. Electrode conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de tension (17) adaptés à exercer une force de traction à deux extrémités (10a, 10b) de la portion (10) de fil conducteur gainé.
10. Générateur d'un plasma de décharge à barrière diélectrique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux électrodes (1, 1') conformes à l'une des revendications 1 à 9, disposées en regard l'une de l'autre.
11. Générateur conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que les électrodes (1, 1') comportent respectivement des ouvertures (14, 14') disposées en regard les unes des autres.
12. Dispositif de traitement d'un flux gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de plasma conforme à l'une des revendications 10 ou 11, un support catalytique (20), comprenant des moyens de passage d'un flux gazeux, étant disposé entre lesdites électrodes (1, 1').
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