Brevet FR2007890A1 — publié le 19700116

La présente invention concerne un ozoniseur tubulaire comportant une enceinte de décharge à section annulaire disposée entre une électrode intérieure cylindrique et une électrode extérieure, et au moins un tube diélectrique disposé concentriquement entre les électrodes. Les besoins considérables de l'industrie en ozone ou en air ozonisé ont conduit à la mise au point de grands ozoniseurs à rendement élevé comportant dans bien des cas des électrodes refroidis à l'esu et des enceintes de décharge subdivisées par des diélectriques. Afin qu'un ozoniseur puisse fonctionner de manière satisfaisante son enceinte de décharge doit présenter une profondeur aussi uniforme que possible, sur toute 'étendue de la surface ae décharge, cette profondeur étant en général que de l'ordre de quelques millimètres. On obtient ce résulta% d'une manière simple dans le cas des ozoniseurs tubulaires dans lesquels des tubes calibrés - généralement des tubes diélc- trique s en verre et des électrodes tubulaires métalliques ou en verre revêtues de couches métalliques - sont disposés concentriquement, des électrodes cylindriques ou tubulaires présentant, par ailleurs, l'avantage de réduire à un minimum la longueur des arêtes vives qui favorisent la formation d'étincelles. Toutefois, la disposition concentrique et le montage des différents tubes ainsi que la réalisation d'une obturation étanche de l'enceinte de décharge par rapport à 1'atmosphère extérieure et/ouàl'en- ceinte de refroidissement se révele difficile, notamment dans le cas des ozoniseurs relativement grands présentant, par exem ple, un diamètre extérieur d'au moins 5 cm et une longueur attel gnant 100 cm. les ozoniseurs à tube classiques de cette catégo- rie présentent une construction compliquée et comportent un grand nombre de pièces dont l'assemblage nécessite un temps de montage disproportionné; certaines au moins de ces pièces sont en outre d'une configuration qui se prête mal à la fabricatior en série et qui exige un usinage complémentaire individuel. Ces inconvénients sont particulièrement graves dans les grandes en- treprises qui utilisent des batteries constituees par une plu- ralité d'ozoniseurs tubulaires, étant donne que ces entreprises doivent tenir compte non seulement d'un prix d'achat élevé mais également de la nécessité d'entretenir un stock important de pièces de rechange et de prévoir, en cas d'avarie, des temps de réparation considérables. L'invention a pour but de créer un ozoniseur tubulaire constitué par des pièces simples et faciles à fabriquer-en série, et dont le montage ne demande qu'un minimum de temps et d'opéra tions simples. L'ozoniseur tubulaire selon la presente invention est carac térisé en ce que l'électrode exterieure et le tube diélectrique sont maintenus dans des capuchons obturateurs au moyen de dispositifs de serrage comportant chacun un piston obturateur de serrage, cependant que l'électrode intérieure constituée par un tube métallique est maintenue cosxialement par les pistons obturateurs de serrage, les capuchons obturateurs étant maintenus par l'électrode tubulaire intérieure grâce à la pression radiale des pistons obturateurs de serrage, engendrée par le dispositif de serrage. Dans un mode de réalisation preferé, chacun des capuchons obturateurs comporte un moyeu s'étendant à partir du fond du capuchon jusqu'@u bord de l'électrode intérieure, et le piston ob obturateur de serrage est disposé sur un axe déplaçable axialement dans le moyeu, le piston étant place entre l'extrémité du moyeu et l'extrémité dudit axe. L'axe portant le piston obturateur de serrage peut être déplaçable au moyen du écrou qui prend appui sur le fond du capuchon.De préférence, l'axe est constitué par un axe creux formant canalisation pour l'amenée et l'évacuation d'un fluide de refroidissement vers l'intérieur de l'électrode intérieure, ou à partir de l'intérieur de cette électrode. Chaque capuchon obturateur peut comporter une surface de centrage et un joint annulaire permett@nt de centrer et d'obturer l'électrode extérieure. Pour permettre le centrage du tube diélectrique, chaque capuchon obturateur peut être muni de nervures de centrage s'étendant radialement par rapport au moyeu;; De préférence, les nervures de centrage comportent des arêtes dont la largeur diminue du fond du capuchon vers l'extrémité du moyeu, cependant que le tu diéloctrique s' appuie sur ces ar- tes par l'intermédiaire d'une bague à section circulaire. Avan- tageusement, les orifices pour amener 10 gaz à ozoniser vers 1 enceinte de décharge ou pour évacuer le gaz ozonisé de cette enceinte, sont ménagés dans le fond des capuchons obturateurs. Ces derniers sont faits de preférence de matière plastique résistant à l'ozone et électriquement isolante. Dans-un mode de réalisation simple d'un ozoniseur tubulaire l'électrode exté rieure peut être constituée par un revêtement métallique externe appliqué sur un tube diélectrique, le tube diélectrique métallisé étant plus long que le tube constituant l'électrode intérieure et ce tube diélectrique s'appuyant. à ses deux extrémités sur des joints annulaires obturateurs à surfaces de centrage coniques.Dans un mode de réalisation préféré de l'ozoniseur tubulaire comportant une enceinte de décharge divisée par un tube diélectrique, l'électrode extérieure est constituée par un tube métallique monté à ses deux extrémités sur des,surfaces de centrage cylindrique des capuchons obturateurs cependant que le tube diélectrique s'appuie sur des surfaces de centrage prévues dans les capuchons obturateurs, le tube diélectrique étant plus long que les électrodes intérieure et extérieure et dépassant à ses deux extrémités de l'enceinte de décharge, entre les électrodes intérieure et extérieure. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatifs plusieurs modes de réalisation de l'invention. Sur le dessin la Fig. 1 montre en coupe longitudinale un ozoniseur tnbu- laire comportant une enceinte de décharge divisée par un tube diélectrique et disposé entre les electrodes intérieure et extérieure; la fig. 2 est une section transversale de l'ozoniseur représenté sur la Fig. 1, et la Fig. 3 représente, en coupe longitudinale, un capuchon obturateur pour un ozoniseur tubulaire dans lequel l'électrode extérieure est constituée par un tube diélectrique métallisé. L'ozoniseur tubulaire représenté sur la Fig. 1 en coupe longitudinale et sur la Fig. 2 en coupe transversale comporte une électrode intérieure 1 et une électrode extérieure 2 , un tube diélectrique 3 disposé entre l'électrode intérieure 1 et l'électrode extérieure 2, ainsi que deux capuchons obturateurs 4 et 4a. Les deux électrodes 1 et 2 sont constituées par des tubes en acier inoxydable ou aluminium, cependant que la matière diélectrique du tube 3 est au verre.Les tubes sont lisses et exempts de toute déformation, ce qui permet de les fabriquer facilement à partir de la matière brute intéressée. Bes tubes sont disposés concentriquement et présentent des dimensions telles qu'ils définissent une chambre, ou enceinte, de décharge annulaire entre les electrodes intérieure et extérieure, enceinte de décharge qui est subdivisée, d'une manière connue en soi, en deux enceintes partielles 5 et 6 par le tube diélectrique 3. L'électrode intérieure tubulaire 1 renferme une enceinte de refroidissement 7.Pendant le fonctionnement les deux enceintes partielles de décharge 5 et 6 reçoivent 7'écoulement du fluide à ozoniser constitué, par exemple, par de l'air ou de l'oxygène, cependant qu'un fluide de refroidissement constitué de préférence par de l'eau s'écoule à travers l'enceinte de refroidissement 7. Les deux capuchons obturateurs 4 et 4a servent à la fois à maintenir en position parfaitement concentrique les trois tubes 1, 2 et 3, et à obturer l'enceinte de refroidissement 7 et les enceintes partielles de décharge 5 et 6. les capuchons obturateurs 4 et 4a présentent une configuration identique, si bien qu'il suffit de décrire ici le capuchon 4. le capuchon obturateur 4 est constitué par une matière plastique électriquement isolante et résistant à l'action de l'ossone, par exemple du chlorure de polyvinyl ou de tétra-chiore-fluor- éthylène. De préférence, le capuchon obturateur présente essentiellement la forme d'un godet cylindrique comportant un moyeu axial intérieur 8 qui dépasse du bord du capuchon.Le diamètre intérieur du corps du capuchon correspond au diamètre extérieur de l'électrode extérieure 2. s proximité de son bord, le corps du capuchon est pourvu d'une gorge annulaire intérieure qui re çoit un joint 9 annulaire d'étanchéité. Le capuchon 4 comporte, à l'intérieur, trois saillies 10 axiales et équidistantes dont les arêtes avant servent appui au bord de l'électrode tubulaire extérieure 2. La distance entre les bords avant des saillies et le bord du capuchon est suffisamment grande pour que l'électrode extérieure 2 insérée dans le capuchon 4 y soit fer-. mement maintenue en position coaxiale au moyeu 8. Le joint annulaire 9 inséré assure l'étanchéité de la séparation entre llat mosphère extérieure et l'espace enfermé dans le capuchon 4 et l'électrode extérieure 2. Le moyeu 8 présente une face frontale-Il plane, perpendiculaire à llaxe du moyeu. Le diamètre extérieur du moyeu 8 est plus petit que le diamètre intérieur de l1électrode tubulaire intérieure. Un axe creux est inséré dans le moyeu 8 et porte à son extrémité intérieure un piston obturateur 18 disposé entre des disques de pression 16 et des disques d'appui 17. Le piston 18, les disques de pression 16 et les disques d'appui 18 sont déplaçables sur l'axe creux 12 entre la face frontale 11 du moyeu et un circlips 19 disposé sur l'axe creux.L'extrémité extérieure de l'axe creux 12 dépassant du capuchon 4 et pouvant recevoir L'embout d'une canalisation à fluide de refroidissement est pourvue d'un filetage externe 13 et porte une rondelle intercalaire 15 et un écrou 14. Le diamètre extérieur du piston obturateur 18 et des disques de pression 16 correspond au diamètre intérieur de l'électrode tubulaire intérieure 1, de sorte que la partie terminale de celle-ci peut facilement s'emboîter sur le piston. Lorsque, l'électrode intérieure 1 étant mise en place, on serre l'écrou 14, le matériau élastique du piston est presse, entre les disques de pression 16, de manière à venir s'appuyer radialement sur la surface intérieure de l'électrode intérieure 1 ce qui assure la solidarisation entre cette électrode et le capuchon 4 et, en même temps, l'obturation étanche entre l'enceinte de refroidissement 7 et l'enceinte de décharge 5, 6 définie entre les électrodes intérieure et extérieure.Comme il a été mentionné plus haut, le tube diélectrique 3 est disposé entre l'électrode inté- rieure 1 et l'électrode 'extérieure 2. Lors du fonctionnement de l'ozoniseur, on branche, d'une manière connue en soi, un courant de haute tension sur les deux électrodes afin de provoquer une décharge silencieuse dans l'enceinte de décharge. Le tube diélectrique 3 divise l'enceinte de décharge entre les électrodes en deux enceintes partielles concentriques 5 et 6 reliées l'une à l'autre dans les capuchons obturateurs 4 et 4a. ASin d'éviter, aux bords des électrodes, des décharges par éclatement, le tube diélectrique 3 dépasse par ses deux extrémités de celles des électrodes, d'une longueur convenable.Plusieurs, et de préférence trois, nervures longitudinales radiales 20 disposées sur le moyeu 8 assurent le centrage et le maintien du tube diélectrique 3. A proximité du pont du capuchon intéressé, chaque nervure 20 comporte un épaulement 21 sur lequel prend appui le tube diélectrique 3, de sorte que son extrémité ne vienne pas au contact du fond du capuchon, ce qui assure, à l'intérieur du capu- chon, la communication entre les deux enceintes partielles de décharge 5 et 6. Les aretes 22 des nervures de centrage 20 sont inclinées vers l'intérieur à partir de l'épaulement 21 vers la face frontale 11 du moyeu et se situent sur l'enveloppe d'un cône dont l'axe coincide avec celui du moyeu et, par conséquent, avec celui de l'ensemble de l'ozoniseur tubulaire.Un joint annulaire creux 23 à section circulaire adapté au diamètre intérieur du tube diélectrique 3 et constitué par une matière plastique résistant à l'ozone, par exemple par du tétra-fluoréthylène, est placé librement sur les arêtes 22 des nervures de centrage 20. Lors de la mise en place du tube diélectrique 3 sur les nervures 20, le joint annulaire creux 23 est déplacé sur les arêtes 22 des nervures 20 en direction de-leurs épaulements 21, et comprimé. Guette fixation souple du tube diélectrique constituée, généralement, par du verre, fixation assurée par la combinaison des nervures 20 à arêtes inclinées 21 et le joint élastique annulaire 23, permet d'éviter, lors de la mise en place du tube diélectrique 3s tout endommagement des extrémités de celui-ci et tout engendrement de tensions permanentes dans la paroi de ce tube; par ailleurs cette fixation assure un centrage qui s t est révélé parfaitement suffisant dans la pratique. Be fond du capuchon obturateur porte un raccord 25 dont l'alésage 24 communique, à l'intérieur du capuchon, avec 1'enceinte annulaire 26 appelée à recevoir le gaz. le raccord 25 du capuchon disposé à 1'une des extrémités de l'ozoniseur tubulaire est appelé à recevoir la canalisation d'amenée du gaz à ozoniser, cependant que le raccord du capuchon placé sur l'extrémité opposée de l'ozoniseur reçoit la canalisation de sortie du gaz ozonisé. Lors du montage de ltozoniseur représenté sur les Figures 1 et 2 on glisse d'abord une extrémité de l'électrode intérieure 1 sur le piston obturateur 18, le joint annulaire creux 23 ayant été auparavant mis en place, après quoi on serre l'écrou 14 jus qu'à ce que l'électrode intérieure tubulaire 1 soit convenablement fixée. On met ensuite en place le tube diélectrique 3 en le faisant passer au-dessus de I'électrode intérieure 1 et en le glissant sur.le moyeu 8 et le joint annulaire creux 23, jusqu'à ce que l'extrémité de ce tube vienne s'appuyer sur les épaulement 21 des nervures de centrage 20. L'électrode tubulaire extérieure 2 est alors mise en place autour du tube diélectrique 3 et emboîtée dans le capuchon obturateur jusqu'à ce que. son extrémité vienne s'appuyer sur les saillies 6. On peut ensuite facilement placer sur l'extrémité opposée de l'ensemble de tubes ainsi constitué l'autre capuchon obturateur 4a dont l'écrou 14a doit alors eAtre serré. Le montage de l'ozoniseur tubulaire est alors terminé. Les deux écrous 14 et 14a peuvent être serrés à fond, sans précaution particulière, étant donné que l'électrode intérieure est en acier et ne craint, par conséquent, pratique-ment aucune détérioration. Le démontage de l'ozoniseur se fait par des opérations analogues en ordre inverse. 13alîozoniseur tubulaire selon le mode de réalisation de la Fig. 3 qui représente, en coupe, une extrémité de l'ozoniseur, l'électrode intérieure est également constituée par un tube d'acier 1'. Le tube diélectrique peut être constitué par un tube de verre 3' qui porte une couche métallique 27 formant électrode extérieure. L'électrode intérieure 1 est fixée dans des capuchons obturateurs 28 au moyen de piston 18' d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus et représentée sur la Fig. 1. Les capuchons obturateurs 28 présentent une forme légèrement simplifiée, le moyeu 8' ne présentant pas de nervures de centrage et le corps du capuchon étant sensiblement moins long, ce qui confère à ces capuchons une configuration de champignon plumet qu'une forme de godet.Le bord 29 de la surface intérieure du fond du capuchon constitue une surface de centrage conique et porte un joint annulaire 3 élastique résistant à l'action de l'ozone. Lors du montage l'extrémité du tube de verre 3' vient s'appuyer sur le Joint 3. le montage est effectué d'une manière analogue à celle décrite par rapport à l'ozoniseur représenté sur la Fig. 1. Après avoir fixé un capuchon obturateur 28, comme décrit, ---sur une des extrémités de l'électrode intérieure 1'S on met en place le tube de verre autour du tube métallique, après quoi on monte l'autre capuchon obturateur sur l'extrémité opposée. On pousse les capuchons obturateurs l'un vers l'autre de sorte que leurs joints annulaires 30 s'appuient d'une manière suffisante pour assurer une bonne étanchéité; on serre ensuite l'é- crou 14' du capuchon mis en place en dernier lieu, déterminant ainsi une pression radiale sur ltextrémité du tube d'acier et, en même temps, une tendance des deux capuchons à se rapprocher l'un de l'autre, si bien que les extrémités du tube de verre 3' s'appuient fermement dans la matière élastique des joints annulaires 30. L'alimentation en haute tension de l'électrode inté- rieure est assurée par l'axe creux qui porte un ressort de con tact 31 prenant appui sur la surface intérieure de l'électrode intérieure afin d'améliorer le contact électrique entre l'axe creux et cette électrode. Dans les exemples représentés sur les dessins, l'électrode intérieure est refroidie. Ceci permet la réalisation d'ozoniseurs tubulaires d'une construction particulièrement simple. 'Toutefois, il est également possible de refroidir l'électrode extérieure sans qu'il soit nécessaire de recourir à des moyens supplémentaires considérables. il suffit de prévoir à cet effet une légère modification de la configuration des capuchons obturateurs et un tube métallique supplEmentaixe faisant fonction d'enveloppe de refroidissement. En vue de la fixation de cette enveloppe chaque capuchon obturateur peut comporter une bride pourvue d'une rainure annulaire appelée à recevoir un joint annulaire à section en U.L'amenée et l'évacuation du fluide de refroidissement peut être assurée par une ouverture de forme convenable pratiquée dans la bride, et qui communique avec l'en- ceinte de refroidissement définie entre l'électrode extérieure et l'enveloppe de refroidissement. Dans l'ozoniseur tubulaire suivant l'invention, des tiges 8 ne nécessitant aucun usinage complémentaire, sont maintenues en position coaxiale dans des capuchons obturateurs. Ces capuchons présentent une configuration permettant leur fUbrication en série, et sont en matière plastique, grâce à quoi ils peuvent être produits facilement et d'une manière peu onéreuse. Le seul élément de l'ozoniseur qui soit-susceptible d'endommagement est le tube diélectrique constitué généralement par un tube de verre. Ces tubes peuvent être endommagés lors du montage ou pendant le fonctionnement. Or, la fixation du tube diélectrique de l'ozo- niseur suivant l'invention, sur des nervures de centrage et par l'intermédiaire d'un Joint annulaire creux, et notamment la fixation des capuchons sur l'électrode tubulaire métallique intérieure au moyen ae pistons obturateurs de pression réduisent les risques de détérioration du tube diélectrique à un minimum. lorsque l'électrode extérieure est constituée par un tube métallique comme dans le cas du mode de réalisation représenté à la Fig. 1, aucun endommagement du tube diélectrique ne pourrait pratiquement se produire, mme lors d'une manipulation impru dènte de ltozoniseur. Si dans un tel ozoniseur il se formait néanmoins, par exemple une fissure, dan le tube diélectrique, on le constaterait aussitôt pendant le fonctionnement de l'ozoniseur, car il se produirait une décharge électrique par éclatement et le fusible, ou analogue, cèderait. On doit alors remplacer le tube diélectrique. Ce remplacement ne nécessite qu'un minimum ae manipulations, comme décrit ci-dessus; de ce fait le temps requis pour des réparations de 1' ozoniseur est également réduit à un minimum. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. - RERENDICA2IONS 1 - Un ozoniseur tubulaire comportant une enceinte de décharge à section annulaire définie entre une électrode intérieure cylindrique et une électrode extérieure, et au moins un tube diélectrique disposé concentriquement entre lesdites électrodes, remarquable en ce que l'électrode extérieure et le tube diélectrique sont maintenus dans des capuchons obturateurs au moyen de dispositifs de serrage comportant chacun un piston obturateur dé serrage, cependant que l'électrode intérieure constituée par un tube métallique est maintenue coaxialement par les pistons obturateurs de serrage, les capuchons obturateurs -étant mainte-- nus par l'électrode tubulaire intérieure gracie à la pression radiale des pistons obturateurs de serrage, engendrée par le dispositif de serrage. 2 - Ozoniseur suivant la revendication 1, dans lequel chacun des capuchons obturateurs comporte un moyeu s'étendant à partir du fond du capuchon jusqu'au bord de l'électrode intérieure, et le piston de serrage étant disposé sur un axe déplaçable axialement dans le moyeu, le piston étant placé entre l'extrémité du moyeu et l'extrémité dudit axe. 3 - Ozoniseur suivant 2, dans lequel l'axe qui porte le piston obturateur de serrage est déplaçable au moyen d'un écrou prenant appui sur le fond du capuchon. 4 - Ozoniseur suivant 2, dans lequel l'axe qui porte le piston obturateur de serrage est constitué par un axe creux appelé à assurer l'amenée d'un fluide de refroidissement vers l'intérieur de l'électrode intérieure et/ou l'évacuation de ce fluide à partir de cette électrode. 5 - Ozoniseur suivant 1, dans lequel chaque capuchon assure le centrage et la fermeture étanche de l'électrode extérieure grâce à une surface de centrage munie d'un joint d'étanchéité annulaire. 6 - Ozoniseur suivant 5, dans lequel la surface de centrage est une surface conique munie d'un Joint d'étanchéité annulaire plat sur lequel vient s'appuyer l'extrémité de l'électrode extérieure. 7 - Ozoniseur suivant 5, dans lequel la surface de centrage pour l'électrode extérieure est une surface cylindrique munie d'unjoint annulaire å section circulaire qui assure 1'obtura tion étanche de ladite électrode extérieure. 8- Ozoniseur suivant 1 et 2, dans lequel le moyeu de chaque capuchon obturateur porte des moyens de centrage du tube diélectrique. 9- Ozoniseur suivant 8, dans lequel les moyens de centrage sont constitués par des nervures de centrage présentant des arêtes inclinées vers l'intérieur, à partir du fond du capuchon vers l'ex- trinité des nervures, cependant que le tube diélectrique prend appui sur lesdites arêtes des nervures par l'intermédiaire d'un joint annulaire creux à section circulaire0 10- Ozoniseur suivant l à 9, dans lequel des ouvertures sont ménagées dans le fond des capuchons obturateurs pour assurer l'a- menée du gaz à ozonis er vers 11 enceinte de décharge et/ou ltéva- cuation du gaz ozonisé à partir de cette enceinte. ll- Ozoniseur suivant 1 à 10, dans lequel les capuchons obturateurs sont en matière plastique électriquement isolante et résistant à l'action de l'ozone. 12-Ozoniseur suivant 1 à 6, 10 et 11, comportant un tube diélectrique pourvu d'une couche métallique extérieure qui fait fonction-d'électrode extérieure, remarquable en ce que ce tube diélectrique présente une longueur plus grande que celle de l'électrode tubulaire intérieure, le moyeu de chaque capuchon obturateur dépassant de la surface de centrage conique du tube diélectrique, l'agencement étant tel que ledit tube diélectrique dépasse, par ses deux parties terminales, des extrémités correspondantes de ltélectrode tubulaire intérieure. 13- Ozoniseur suivant 1 à 5 et 7 à 11, comportant un tube diélectrique qui subdivise en enceintes partielles l'enceinte de décharge définie entre les électrodes extérieure et intérieure, l'électrode extérieure étant constituée par un tube métallique, remarauable en ce que le tube diélectrique est tlus long que les électrodes extérieure et intérieure, cependant que les surfaces de centrage cylindriques pour l'électrode extérieure-sorb formées à la paroi intérieure du bord des capuchons obturateurs en forme de godet et situées au niveau de l'extrémité du moyeu, l'agencement étant tel que le tube diélectrique s'appuyant sur les nervures de centrage dépasse par ses deux parties terminales les électrodes intérieure et extérieure.