Brevet FR2287792A1 — publié le 19760507

L'invention a pour objet une tête d'ionisation, c'est-à-dire un appareil unitaire pour la production d'ions négatifs, ainsi qu'un générateur à débit plus élevé en ions négatifs et comprenant plusieurs têtes d'ionisation. On sait que la teneur de l'atmosphère en ions négatifs a donne lieu à de nombreux travaux. Il est reconnu que ces ions négatifs sont de moins en moins nombreux dans l'air des cités modernes et Il est admis que leur raréfaction est la cause de devers malaises ou de sensations de fatigue ou d'in- -confort. On a déjà propose dans le commerce de nombreux appa relis dont le rale est d'engendrer des ions négatif s La plupart de ces appareils se contentent d'exploiter l'effet d'une effluve électrique entre deux électrodes portées a une différence de poventie élevé.On a constaté que, tels qu'ile sont construits, les appareils connus ont un débit assez faible en ions negatifs, dont le parcours moyen ou la durée de vie est courte de sorte que l'effet bienfaisant que l'on peut en atten- are ne pourrait etre ressenti qu'à condition de se tenir a une très fable distance des appareils. fln outre, on a reconu aussi que, dans les conditions où Ils fonctionnent, ces appareils sont également des générateurs d'ozone. Or il est admis mainte nan que l'ozone est néfaste, sinon dangereux pour les bronches. Le but principal ce l'inventlon est d'apporter un appareil produisant à un débit élevé des ions négatifs dont la dul-ée de vie est longue, sans,en même temps, engendrer de l'ozone. On parvient a ce résultat, selon l'invention, au moyen d'une tête d'ionisation à laquelle on a donné des caractéristiques constructives inconnues jusqu'à présent et qui se sont révélées particulièrement efficaces. Sous son aspect le plus général, une tête d'ionisation produisant des ions négatifs, ayant une anode et-une cathode éloignées l'une de l'autre par un espace rempli d'air, comprend selon l'invention une anode qui est constituée par une plaque en métal traversée par une ouverture dans laquelle la cathode s'étend coaxialement à partir d'une première face de la plaque tandis que la face opposée de cette plaque présente autour de l'ouverture un évidement annulaire dans lequel est placée une bobine torique alimentée en courant électrique de façon à créer un champ favorable à l'expulsion du gaz ionisé à travers ltouverture, la première face de la plaque étant exposée à un courant-d1air ayant une pression statique de deux atmosphères au moins environ. De préférence, la cathode pénètre dans 11 ouverture de l'anode sur une partie seulement de la longueur de cette ouverture et, à partir de ltextrémité de la cathode, ltouverture s'évase vers ltextérieur, en direction opposée à la cathode, avec un profil exponentiel. Il est avantageux, également, de munir la plaque d'un moyen de chauffage qui est apte à en élever la température à une valeur moyenne de 20000 environ afin de créer dans l'ouverture une température de 800 à 10000 environ. Les resultats les meilleurs procurés par une tête d'ionisation selon l'invention sont obtenus avec des valeurs déterminées du potentiel électrique et des rayons de l'anode et de la cathode. On indiquera plus loin ces valeurs en se référant à un exemple de réalisation L'inxrention concerne aussi un générateur d'ions négatifs composé de plusieurs têtes d'ionisation De préférence, afin de s'approcher aussi près que possible de la perfection, des filtres sont placés en amont des têtes d'ionisaticn de l'invention pour éliminer du courant d'air qui les traverse certains corps dont les déposants ont constaté l'effet néfaste pendant la marche des têtes dtionisation, tels que les poussières, le plomb et les oléfines; en outre, pour parfaire encore la qualité de l'air ionisé obtenu, un moyen de vaporisation d'un produit destructeur de l'ozone est disposé en aval des têtes d'ionisation, ce produit destructeur comprenant de l'essence de térébenthine ou un dérivé de celle-ci. On donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description d'un mode de réalisation d'une tête d'ionisation et d'un générateur dtions négatifs conformes à l'invention On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure l est une vue en coupe d'une tête d'ionisation réalisée conformément à-l'invention - la figure 2 est une vue en coupe d'un générateur d'ions négatifs à débit élevé en ions comprenant plusieurs têtes d'ionisation selon la figure l - les figures 5 et 4 sont des vues montrant des variantes de d'ionisation. réalisation d'une tête d'ionisation et d'un ensemble de têtes / Une tête d'ionisation conforme à l'invention, fournissant des ions négatifs, comprend une anode 1 et une cathode 2 éloignées l'une de l'autre par un espace rempli d'air 3, ainsi qu'il est connu. Ces électrodes sont supportées comme il convient par des moyens appropriés, isolants, que l'on n'a pas représentés sur la figure 1 parce gue leur agencement peut titre très variable et qu'ils n'offrent pas de difficultés particulières étant donné qu'ils peuvent être identiques ou très voisins des moyens connus. Âu contraire, on décrira en détail dans ce glui suit les caractéristiques nouvelles d'une tête d'ionisation selon l'invention. L'anode 1 est une plaque métallique traversée par une ouverture 4 dans laquelle la cathode 2 s'étend coaxialement å partir d'une première face 5 de la plaque 1. Sur la face opposée 6 de la plaque 1 se trove, autour de l'ouverture 4 un évidement annulaire 7 dans lequel est placée une bobine torique 8 bobinée ê saturation. Cette bobine est alimentée en courant électrique de façon i créer un champ favorable i l'expulsion du gaz ionisé ê travers l'ouverture 4.Un courant d'air circule d;s eh dernière, dans le sens de la flèche P. Ce courant d'air eat créé par une source air non représentée a une pressien statique de deux atmosphères au moins. Dans certaines circonstances, la valeur de la pression peut être plus élevée, par exemple de 5 ou 10 atmosphères. Une toute d'ionisation constituée comme on vient de le décrir. a un débit élevé en ions négatifs dont la durée ou le parcours moyen est nettement amélioré par rapport aux appareils cannes. On obtint ce résultat avec une production faible d'ozone pendant le fonctionnement de la tête que l'on vient de décrire quand on ajoute sur la face 5 de la plaque 1 un moyen de chauffage 9 tel qu'une résistance électrique annulaire entourant l'ouverture 4. Tout moyen de chauffage permettant de porter à 20000 environ la température de la plaque CI peut 8tre adopté. On notera que la résistance de chauffage 9 pourrait également titre logée dans un évidement de la plaque 1 analogue i l'évidement 7. Si nécessaire, une bague isolante 10 protège la bobine torique 8. La disposition indiquée de la résistance de chauffage 9 doit titre telle qu'elle échauffe l'espace entre les électrodes 1 2. Ainsi, sans donner à L'air qui passe par l'ouverture 4 une température élevée, la chaleur détruit presque en totalité l'ozone, qui est conduit avec cet air ou qui tend à btre engendré dans espace inter-électrodes il est avantageux aussi, comme le montre la figure 1, qu'à partir de l'extrémité 2a de la cathode 2 l'ouverture 4 s'évase vers l'extérieur, en direction opposée à la cathode 2. Le profil de cette partie évasée n'est pas quelconque; il reproduit aussi bien que possible celui d'une courbe exponentielle. Grtce aux effets favorables combinés du courant d'air sous pression, du chauffage vers 200au de l'anode 1, du profil exponentiel de l'ouverture 4 en aval de la cathode 2, de la bobine 8, on obtient une production optimum d'ions négatifs -ayant une bonne stabilité. A ceci s'ajoute l'avantage supplément aire de réduire dans une proportion coasidérable la çuanti- té d'ozone qui est produite inévitablement. Ces conditions favorables, notamment la très faible génération d'ozone, permettent l'emploi d'un champ disruptif de valeur relativement élevée qui peut atteindre la valeur iininrui nécessaire pour produire l'évaporation électronique cathodique. On peut donc arriver, avec une faible production d'ozone, à une production très élevée d'ions négatifs, à condition de déterminer en conséquence la nature, les dimensions des électrodes et la valeur du potentiel auquel elles sont portées. Pour cette raison, la cathode 2 est de préférence un tube creux, en aluminium et elle est recouverte d'une faible couche d'alumine à implantation ionique d'oxyde de césium. De meme l'anode 1 doit être en métal peu influençable électrostatiquement à sa température d'utilisation, par exemple en aluminium. Pour créer un champ électrique disruptif à la valeur minimum de 130 kv/cm nécessaire à l'évaporation électronique cathodique, on donne à la cathode 2 un-rayon de 0,055 cm, à l'anode 1 une ouverture 4 de 0,75 cm. On porte la cathode 2 à un potentiel électrique de - 9000 V environ et l'anode i à un potentiel de + 1 000 V environ. Le générateur de potentiel n'est pas représenté sur la figure 1, tout générateur connu approprié peut entre employé. Une tête d'ionIsation construite comme on vient de l'expliquer %0r7It une quantité d'ozone aussi réduite qu'il est possible mais qui, néanmoins, n'est pas nulle. On parvient à une destruction pratiquement totale de cet ozone en plaçant en aval de la plaque 1 un moyen de vaporisation 11 d'un produit destructreur de l'ozone. lie moyen de vaporisation Il peut entre un anneau creux 12 de diamètre intérieur plus grand que l'ouverture 4 de la plaque 1 et ayant des orifices 13 de vaporisation d'un produit liquide refoulé dans l'anneau creux 12 par une pompe (non représentée). Le Produit destructeur de l'ozone est une comoosition liquide contenant au moins un dérivé insaturé à double liaison, par exemple un dérivé de l'essence de térébenthine, cette essence pouvant elle-même employee. Il est préférable d'utiliser une composition ne donnant pas naissance à des odeurs désagréables; on peut même y ajouter des substences à odeur plaisante du moment qu'elles ne nuisent pas aux ions négatifs. Goine exemple de composition convenable, on peut citer les suivantes : un mélange d'essence de térébentine et d'essence de catelle est utilisable quand odeur n'a pas une importan- ce extrême, ces essences pouvant être désodorisées afin de ne ~pas donner une impression désagreable. Your éviter plus sûrement l'inconvenient de l'odeur, on peut se servir d'un mélange ainsi composé :: - alpha.terpène 3% en volume - limonène 2 0% en volume - S04 Zn en poudre 2 à 3% en volume - alcool en quantité suffisante pour faciliter la mise en solution de l'alpha-terpène et du limonène - eau- solde, Une tête d'ionisation conforme a l'invention est utilisable seule, à l'intérieur d'une enveloppe ouverte à deux extrémités opposées, ou en groupe ainsi qu'on en donnera un exemple plus loin. Il est possible aussi de placer une ou plusieurs têtes d'ionisation à l'intérieur ou à la sortie d'un circuit déjà parcouru par un courant dwair, par exemple en annexe à une gaine d'un circuit de conditionnement d'air. La tête d'ionisation de la figure 1 a un débit en ions qui ne peut entre accru. Quand on désire produire davantage d'ions, il faut utiliser un appareil dans lequel sont groupées plusieurs têtes ma figure 2 montre un générateur d'ions négatifs dans lequel sont montées plusieurs têtes Ce générateur comprend une enveloppe 14 ouverte à deux extrémités opposées et contenant une plaque transversale 1 analogue à la plaque de la figure 1, qui constitue l'anode du générateur. Dans cette plaque sont ménagées plusieurs ouvertures 4 qui sont comoluees chacune respectivement avec une cathode 2, un évidement 7 avec une bobine 8 et un isolant 10, un moyen de chauffage 9. Toutes les cathodes 2 sont réunies par un mme conducl tueur à- un -générateur de haute tension 15 qui peut entre disposé, Si on le désire, à l'intérieur de lienveloppe 14 de façon à ne pas gênet la circulation dé l'air à travers l'anode 1. Celleci est également reliée au générateur 15; la valeur du potentiel est de - 9 00S V pour la cathode 2 ainsi qu'on l'a dit, et de + 1 000 V pour l'anode 1. L'air circule a travers le- générateur dans le sens indiqué par la flèche F. En aval de l'anode -I est installée une rampe 16 qui forme en regard de chaque ouverture 4~un anneau 12 ayant des orifices 13 de vaporisation ainsi qu'on lta expliqué précédemment. La rampe 16 est raccordée à un réservoir 17 associe à une pompe 18 güi peuvent l'un et l'autre être disposés à l'intérieur de l'enveloppe 14. La circulation de l'air à travers celle-ci est assurée par un ventilateur 19 déterminé pour créer une pression statique interne de deux atmosphères environ. Un détecteur de pression 20, par exemple un manomètre indicateur, est monté à travers la paroi de l'enveloppe 14. Bien entendu, la tete dtionisation et le générateur de l'invention ont un fonctionnement dSautant~plus efficaces qu'ils sont alimentés en air moins pollué. Toutefois, il est apparu que la filtration de l'air doit présenter des caractérustiques précises, non observées åusqutà présent, pour que la génération d'ions soit satisfaisante. Dans le genérateur de la figure 2, des filtres 20 sont placés à l'entrée de l'enveloppe 14, juste en amont du ventilateur 19 et, par conséquent en amont de l'anode 1. Ces filtres 20 comprennent un premier étage de filtration 21 composé de filtres connus en soi capables de retenir les poussières, à 90%, jusqu'à une dimension de 0,4 micron. Un deuxième étage de filtration comprend en premier lieu un filtre 22 imprégné d'un produit favorisant ltoxydation des oléfines, par exemple de l'oxodialkyle- -dithiocarbamate. Ce même étage de filtration comprend en plus, avantageusement, un filtre 23 imprégné d'un chélateur du plomb, par exemple de calcitétracémate disodique. Les filtres 20 ne sont pas représentés sur la figure 1. La nécessité de leur emploi dépend de la pureté de l'air. En outre, il n'est pas obligatoire de les placer à proximité immédiate de l'anode 1. Il suffit que l'air soit filtré en amont de la tête d'ionisation, Toutefois, quand on considère l'air disponible dans la plupart des villes modernes, on constate la nécessité de le filtrer et on ne peut le faire efficacement, au point de vue de la production d'ions négatifs, qu'à l'aide des filtres 20 de l'invention. Ces filtres 20 sont incorporés au générateur de la figure 2 qui est un appareil portable ou portatif pouvant être utilisé en tout endroit. Bien entendus il peut être réalisé à des dimensions plus ou moins grandes avec un nombre de têtes dtionisation adapté aux besoins. Il est préférable que la face interne de ltenveloppe 14 soit couverte d'une couche 24 de matière isolante. L'ouverture de sortie est obturée par une grille 26 non conductrice qui s'oppose à l'introduction de corps étrangers dans le générateur. Pour faire apprécier l'intérêt de la tête d'ionisation de l'invention, on précisera qu'une tête telle que décrite plus haut a permis de mesurer une production de 7 x p012 ions négatifs/ /s/cm2 à la sortie de cette tête avec une concentration d'ozone de 0,0002 ppm seulement. Une autre mesure faite sur l'axe de la tête S une distance de l m en aval de la sortie a montré une vitesse de l'air de 1,70 m/s et une quantité de 1,2 x lO9 ions 2 négatifs/s/cm , ce qui est considérable à une distance aussi grande. Les conditions du milieu ambiant étaient les suivantes t = 200C, p = 74 mmHg, humidité relative = 19,1%. Bien entendu, un générateur ayant plusieurs têtes d'ionisation assure plusieurs fois cette même production d'ions négatifs dans une veine de section droite plus grande, égale à celle du générateur. Les figures 3 et 4 montrent des variantes de réalisation respectivement d'une tête d'ionisation et d'un groupe de têtes d'ionisation dans un générateur comme celui de la figure 2. On ne décrira, naturellement,. que les variantes apportées à ces réalisations. Sur la figure 3, le chauffage de l'anode 1 se fait par une résistance électrique 9 comme sur la tête de la figure l, mais cette résistance est incorporée à l'anode. Plus exactement, elle est serrée entre une plaque avant et une plaque arrière qui, ensemble, constituent l'anode. Ce moyen de chauffage est plus efficace; il porte la température de l'anode à une valeur moyenne de 2000C et il établit dans l'espace 3 de l'ouverture 4 une température de 80 à 1000C, ce qui est le résultat final à atteindre. Tout moyen de chauffage associé à l'anode i et qui procure ce résultat peut être employé. Dans un appareil contenant plusieurs têtes d'ionisation montées sur une plaque l qui joue le rôle d'anode commune, la résistance de chauffage 9 peut être disposée dans une zone médiane de cette plaque, comme on le voit sur la figure 4. Celle-ci ne montre qu'une fraction de cette plaque l. Le moyen de vaporisation 11 est monté en amont des têtes d'ionisation et non pas en aval comme sur les figures 1, 2. Ce moyen est un tube creux qui peut avoir, par exemple, un diamètre extérieur de 4 mm et un diamètre intérieur de 2,5 mm. Sur ce tube est fixé, par exemple par brasure, la cathode 2 de chaque tête dtionisation. Le même tube 26 s'étend devant toutes les têtes de la même plaque 1 (figure 4). A chaque tête, au voisinage de chaque cathode 2, par exemple d'un côté et de l'autre de celle-ci sur une ligne horizontale, sont percés deux orifices de vaporisation d'un diamètre de 8/10 mm environ. Cet emplacement des orifices, ainsi que leur nombre, ne sont pas strictement imposés par l'invention; de même, leur diamètre peut varier dans une certaine mesure. Ce qui est nécessaire, c'est l'existence de trous de faible dimension à proximité de la cathode, sensiblement en regard de l'ouverture 4 de chaque tête d'ionisation. Le tube 26 plonge par une extrémité dans le réservoir 17 contenant le produit liquide destructeur de l'ozone et, par ail leurs, il est réuni à la borne du potentiel négatif de - 9000 V auquel sont portées les cathodes. L'anode l est toujours tenue à un potentiel de + 1000 V. Il a été constaté que, d'une manière inexpliquée, sous l'effet de la haute tension le liquide destructeur de ozone s'élève dans le tube 26 et parvient aux orifices 27. il s'échappe par ceux-ci en partie sous forme liquide ou partie sous forme de vapeur. il est entraîné par le courant d'air qui traverse l'anode l par les ouvertures 4 et ne tarde pas à se vaporiser entièrement en raison de la température de l'anode. Ce phénomène ne produit qu'un débit faible duXliquide destructeur de l'ozone, mais ce débit s'est révélé sùftiant. Ce moyen de vaporisation évite l'emploi de la pompe 18 figure 2. liaturellement, le réservoir 17 est isolé puisqu'il se trouve, lui aussi, au potentiel de - 9000 V bien que ceci n'apparaisse pas sur la figure 4. REVENDICATIONS 1. Tête d'ionisation de l'air produisant des ions négatifs comprenant une anode et une cathode éloignées l'une de l'autre par un espace rempli d'air, caractérisée en ce que l'anode est constituée par une plaque en métal traversée par une ouverture dans laquelle la cathode s'étend coaxialement à partir d'une première face de la plaque tandis que la face opposée de cette plaque présente autour de l'ouverture un évidement annulaire dans lequel est placée une bobine torique alimentée en courant électrique de façon à créer un champ favorable à l'expulsion du gaz ionisé à-travers l'ouverture, la première face de la plaque étant exposée à un courant d'air ayant une pression-statique de deux atmosphères au moins environ. 2. Tête d'ionisation selon la revendication l caractérisée en ce que la cathode pénètre dans l'ouverture de l'anode sur une partie seulement de la longueur de cette ouverture et, à partir de l'extrémité de la cathode, l'ouverture s'évase vers l'extérieur, en direction opposée à la cathode, avec un profil exponentiel. 3. Tête d'ionisation selon la revendication 2 caractérisée en ce que la cathode est un tube creux. 4. Tête d'ionisation selon la revendication 2 caractérisée en ce que la plaque est munie d'un moyen de chauffage qui est apte à élever la température de ladite plaque à une valeur de 2000C environ et qui crée une température de 80 à 1000C environ dans l'ouverture. 5. Tête dtionisation selon la revendication 4 eara.cté- risée en ce qu'elle comprend un moyen de vaporisation d'un produit destructeur de l'ozone tel qu'un dérivé insaturé à double liaison, ce moyen étant disposé de l'un quelconque des deux côtés de la plaque. 6. Tête d'ionisation selon la revendication 5 caractérisée en ce que le moyen de vaporisation est constitué par un anneau creux disposé en aval de la tête dans le sens du courant d'air, cet anneau étant raccordé à une pompe de refoulement d'un produit destructeur de l'ozone et présentant des orifices de vaporisation orientés pour diriger ce produit au sein du courant d'air ionisé qui traverse l'ouverturede la tête. 7. Tête d'ionisation selon la revendication 5 caractérisée en ce que le moyen de vaporisation est constitué par un tube disposé en amont de la tête dans le sens du courant d'air et plongeant par une extrémité dans un réservoir de produit liquide destructeur de l'ozone, ce tube porte la cathode qui s'étend jusque dans l'ouverture de la tête et présente au voisinage de cette cathode des orifices de vaporisation du produit liquide, l'ensemble du tube et de la cathode étant tenus au/potentiel négatif. 8. Tête d'ionisation selon la revendication 5 caractérisée en ce que le produit destructeur de l'ozone contient un corps choisi entre l'essence de térébenthine, l'essence de cannelle, un dérivé de ces essences. 9. Tête d'ionisation selon la revendication 3 caractérisée en ce que la cathode est en aluminium reeouverte d'une faible couche d'alumine à implantation ionique d'oxyde de césium. lO. Tête d'ionisation selon la revendication 4 caractérisée en ce que les dimensions de l'anode, de la cathode et la valeur de la tension sont déterminées pour créer un champ électrique de- 13.0 kv/cm, le rayon de la cathode étant de l'ordre de 0,055 cm, le rayon de l'ouverture de l'anode étant de l'ordre de 0, l kv. Il. Tête d'ionisation selon la revendication l caractérisée en ce qu'elle comprend des filtres placés en amont de l'anode sur le passage du courant d'air, ces filtres comprenant un premier étage de filtration éliminant les poussières et un second étage de filtration imprégné d'un produit favorisant l'oxydation des oléfines. 12. Tête d'ionisation selon la revendication ll caractérisée en ce que le second étage de filtration. comprend aussi un filtre imprégné d'un chélateur du plomb tel que le caîcitétra- cémate disodique. 13. Générateur d'ions négatifs caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe ouverte à deux extrémités opposées et contenant une plaque transversale dans laquelle sont placées plusieurs têtes d'ionisation selon l'une quelconque des revendications l à 12, les cathodes étant réuniesà un même générateur de potentiel, la plaque constituant l'anode, cette enveloppe étant alimentée par son extrémité située du côté de la première face de la plaque en air sous pression de deux atmosphères au moins. 14. générateur d'ions négatifs caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe ouverte à deux extrémités opposées et contenant une plaque transversale dans laquelle sont placées plusieurs têtes d'ionisation selon les revendications 1 à 12 réunies, les cathodes étant- ra-ccordées-à un même générateur de potentiel et la-plaque constituant l'anode, les moyens de vaporisation et les filtres étant communs, les filtres étant placés dans l'enveloppe à son extrémité située du côté de la première face de la plaque tandis qu'un ventilateur est monté dans lten- enveloppe en aval des filtres pour créer dans l'enveloppe un courant d'air ayant une pression statique de deux atmosphères au moins, l'autre extrémité de l'enveloppe étant munie d'une grille non conductrice.