Brevet FR2380504A1 — publié le 19780908

La présente invention concerne un appareil d'ionisation atmosphérique du genre comportant un générateur d'ions pour engendrer un effet corona. Un tel appareil sera dit ci-après "appareil du genre décrit". Les techniques de principe pour la production d'ions atmosphériques au moyen d'un effet corona sous haute tension sont bien connues. Lorsqu'ils sont bien conçus, des générateurs de ce genre établissent une haute densité d'ions atmosphériques avec un minimum de sous-produits tels qu'ozone, ce qui les rend très intéressants pour utilisation dans des locaux hospitaliers et autres. Une des difficultés soulevées par de tels instruments lorsqu' ils fonctionnent dans de l'air fortement pollué, comme celui des zones urbaines et industrielles, est que les surfaces du plafond ou des murs voisines de l'instruments se recouvrent de poussières, vapeurs d'huile etc. déposées par précipitation a partir de l'air. Une étude détaillée de cet effet montre que celui-ci implique normalement deux facteurs : la densité d'ions existant près de la surface du plafond ou du mur et le champ électrique établi entre cette surface et les moyens de production de haute tension et de décharge. Ces deux facteurs sont nécessaires pour le dépôt de molécules de poussières et la suppression du champ réduit le dépôt au point de le rendre négligeable. Or, les générateurs d'effet corona exigent normalement un champ spécifique et soigneusement réglé établi entre le moyen ionisant et l'espace environnant pour distribuer les ions, de sorte que, si l'on supprime le champ par blindage électrostatique, la production d'ions de l'instrument devient nulle. La présente invention a pour buts de proposer des moyens permettant (a) de supprimer sensiblement le champ extérieur dû aux éléments sous haute tension de l'ioniser et (b) de maintenir avec un minimum de perte la production d'ions dans l'air ambiant. Selon un premier aspect de l'invention, dans un appareil du genre décrit, ledit générateur d'ions, qui comprend un générateur de haute tension et des moyens de décharge est logé dans une chambre, assurant son blindage, qui présente des faces intérieures de paroi métalliques, cette chambre présentant un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'air et un ventilateur ou une soufflante étant disposé dans la chambre pour établir un courant d'air qui balaie le générateur d'ions et sort de la chambre a travers l'orifice de sortie, l'appareil étant conçu de façon qu'en fonctionnement, le rapport Tx/Ty soit supérieur l'unité, Tx et Ty étant des valeurs finies des temps mis par les ions à atteindre, respectivement, l'une desdites faces intérieures de paroi de la chambre dans le sens d'écoulement de l'air et l'une de ces faces perpendiculaire à la direction d'écoulement de l'air, de sorte qu'une proportion notable des molécules ionisées quittant le voisinage de l'effet corona sont chassées par soufflage à travers l'orifice de sortie avant de pouvoir atteindre aucune desdites surfaces de paroi. L'invention vise encore, suivant un second aspect, un procédé d'ionisation atmosphérique à l'aide d'un appareil comprenant un générateur d'ions destiné à produire un effet corona sous haute tension, ce générateur d'ions comprenant un générateur de haute tension et des moyens de décharge et étant logé dans une chambre, assurant son blindage, qui présente des faces intérieures de paroi métalliques, cette chambre comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'air et un ventilateur ou une soufflante, ce procédé consistant à établir, au moyen du ventilateur ou de la soufflante, un courant d'air - qui arrive de l'entrée d'air, balaie les moyens de décharge et ressort à travers l'orifice de sortie animé d'une vitesse telle que le rapport Tx/Ty soit supérieur à 1' unité, Tx et Ty étant les valeurs finies des temps mis par les ions à atteindre, respectivement, l'une desdites faces intérieures de paroi de la chambre dans le sens d'écoulement de l'air et l'une de ces faces perpendiculaire à la direction d'écoulement d'air, de sorte qu'une proportion notable des molécules ionisées qui quittent le voisinage de l'effet corona sont soufflées à travers l'orifice de sortie avant de pouvoir atteindre une quelconque desdites faces de paroi. On va maintenant décrite à titre d'exemples deux réalisations de l'invention et les résultats qu'elles assurent en se référant au dessin schématique annexé, sur lequel - la figure 1 représente en plan un agencement connu formé par un générateur d'ions du genre décrit situé dans une pièce - la figure 2 est une vue en plan illustrant une variante d' agencement connu - la figure 3 est une vue en plan d'une première realisation de l'invention - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 5, illustrant une seconde réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue en plan avec coupe, suivant la ligne V-V de la figure 4. L'appareil représenté sur la figure 1 est un ioniseur à effet corona qui comprend un générateur d'ions formé par un générateur de haute tension 1 alimentant un moyen de décharge 2 qui est, dans ce cas, une aiguille à pointe très effilée. Une surface 3, par exemple celle du plafond ou d'un mur, est séparée du moyen de décharge 2 par une distance faible, par exemple de 90 cm. Le champ électrostatique existant entre le moyen de décharge de haute tension ou électrode 2 et-la surface 3 voisine est représenté par des lignes de champ 4. Des particules présentes dans le champ défini par les lignes 4, et qui acquièrent une charge sous l'effet ionisant de l'électrode 2, suivent les lignes de champ 4 vers la surface 3, à une vitesse proportionnelle à leur mobilité et à l'intensité du champ. Théoriquement, on peut supprimer le champ extérieur en enfermant l'appareil représenté sur la figure 1 dans une chambre métallique 5 présentant un orifice de sortie 6, comme indiqué sur la figure 2, mais cette solution a pour effet de rendre impossible le passage de l'air ionisé dans l'atmosphère extérieure à la chambre 5, par l'orifice 6. Cette impossibilité peut être engendrée de diverses manières : par exemple, si la chambre 5 est à latere, elle recueille en entier le courant d'ions provenant de l'effet corona établi par l'électrode 2. Par ailleurs, si la chambre est parfaitement isolée, elle acquiert un potentiel voisin de celui de 1' lectrode 2 et finit par supprimer l'effet corona par élimination du champ nécessaire au niveau de l'électrode 2. En se reportant maintenant à la figure 3, on y voit un générateur de haute tension 30 muni d'un moyen de décharge 31 pour l'établissement d'un effet corona sous haute tension. Le générateur 3Q peut être de type connu et semblable à celui utilisé dans l'agence- ment simple montré sur la figure 1 et, comme dans le cas des figures 1 et 2, le moyen de décharge peut être une électrode pointue 31. Le générateur d'ions formé par le générateur-de haute tension 1 et par le moyen de décharge ou électrode 31 est disposé dans une chambre 32 logée dans une pièce dont les parois 33 définissent un espace 34 autour-de la chambre 32. Celle-ci présente deux parois latérales 35, un dessous 36, des parois avant 37 et arrière 38 et un dessus non représenté. Les faces intérieures des parois, du dessous et du dessus de la chambre 32 sont métalliques en majeure partie, et de préférence en totalité. En fait, la chambre est de préférence en plaques métalliques, par exemple d'acier ou, en va riante, en feuilles minces d' acier et d'aluminium fixées à une charpente légère. Dans la paroi arrière 38, une ouverture 39 définit une entrée d'air. La paroi avant 37, vers laquelle est dirigée l'électrode 31, présente un orifice de sortie 40. Un ventilateur 41 est monté dans la chambre 32 entre l'ouverture d'entrée 39 et l'électrode 31. I1 peut être éventuellement remplacé par une soufflante. On met à la masse la chambre 32, ou du moins ses faces intérieures métalliques. Quand Ie ventilateur est à l'arrêt et le générateur d'ions en marche, l'effet obtenu est celui déjà décrit à propos de la figure 2. Par contre, quand le ventilateur fonctionne, il établit un courant d'air qui arrive de l'entrée 39, balaie l'électrode 31 et ressort par l'orifice de sortie 40, animé d'une vitesse telle qu'une fraction notable des molécules ionisées, quittant le voisinage de l'effet corona établi par l'électrode 31, sont soufflées à travers l'orifice de sortie 40 avant de pouvoir atteindre les faces intérieures de la chambre 32. Pour obtenir ce résultat, il faut choisir judicieusement la relation liant la vitesse dont l'air est animé au niveau de 11 électrode 31 et de la sortie 40 à la mobilité des ions.Mathématiquement, cette relation s'exprime comme suit Si le champ électrostatique régnant dans la chambre 32 est dit E(x,) parce qu'il varie avec x et Z (distances suivant les directions indiquées sur la figure 3), on peut considérer que ce champ présente en tout point des composantes Ex suivant la direction des x et EZ suivant la direction des y.On peut alors écrire où k est une constante relative à la mobilité des ions V est la vitesse du courant d'air ; Tx et Ty sont des valeurs finies des temps mis par les ions à atteindre les faces de paroi intéressées de la chambre suivant les directions des x et des y respectivement ; t est le temps écoulé ; et D et L sont les plus courtes distances, telles qu'indiquées sur la figure 3, séparant respectivement l'électrode des parois late- rale 35 et avant 37. La proportion d'ions qui s'échappent de la chambre est déterminée par le rapport Tx/Ty ; les ions pour lesquels ce rapport est égal à l'unité s'échappent de justesse. En émergeant de l'orifice de sortie 40, les particules chargées cessent de subir le champ électrostatique régnant dans la chambre 32 et sont réparties par le courant d'air engendré par le ventilateur 41 et par d'autres déplacements d'air existant dans l'espace 34 de la pièce. Il en résulte que le dépôt de particules de poussière chargées sur les faces adjacentes 33 diffère très peu de celui constaté en l'absence d'ioniseur, car il est bien connu que de telles particules sont normalement porteuses de charges de l'une ou l'autre polarité résultant d'effets frottants, thermiques et autres. Pratiquement, l'agencement représenté sur la figure 3, bien que nettement amélioré par rapport à celui montré sur la figure 2, ne supprimerait pas entièrement le champ extérieur dû à l'électrode sous haute tension 31. Un moyen pour assurer cette suppression consiste à recouvrir d'une grille métallique l'orifice de sortie 40. Avec une grille soigneusement conçue et une disposition relative judicieuse du moyen ionisant, on peut réduire sensiblement le champ, moyennant une certaine perte d'ions. Selon la variante illustrée par les figures 4 et 5,1'électrode haute tension est formée par un mince fil horizontal 42 qui relie les parois latérales 35 de la chambre 43, mais en est isolé. La chambre 43 est dans l'ensemble semblable à la chambre 32 décrite ci-dessus, mais avec la différence importante que l'orifice de sortie 44 est ménagé dans son dessus 45 et non plus dans sa paroi avant. Une paroi de guidage 46 de profil convenable, par exemple argué, est prévue pour guider le courait d'air vers l'orifice 44. La paroi de guidage 46 est formée d'une électrode de blindage métallique ou à surface métallique et est à la terre. Dans le cas des figures 4 et 5, le fonctionnement est dans 1' ensemble tel que décrit plus haut à propos de la figure 3, sauf que les particules chargées produites au niveau de l'électrode 42, alimentée par le générateur haute tension 30, traversent de bas en haut l'orifice de sortie 44. La vitesse d'écoulement d'air est régie par les critères sus-exposés, mais D est ici la plus courte distance séparant le fil-electrode 42 des faces intérieures de la chambre 43 transversalement à ce fil et L est la distance du fil 42 au centre de l'orifice de sortie 44. La chambre 43 s'étend au-dessus du fil jusqu'à l'orifice de sortie 44, et le courant d'air est dévié vers le haut à travers cet orifice par l'électrode de guidage et de blindage 46, mise à la terre. I1 en résulte la suppression quasi totale du champ extérieur dans l'espace 34 et, grâce au choix judicieux des paramètres d'écoulement de l'air, une très large proportion des ions franchissent la sortie 44 et passent dans ltespa- ce ambiant 34. REVENDICATIONS 1. Appareil d'ionisation atmosphérique du genre comportant un générateur d'ions destiné à engendrer un effet corona sous haute tension, dans lequel ledit générateur d'ions, qui comprend un générateur de haute tension et des moyens de décharge, est logé dans une chambre, assurant son blindage, qui présente des faces intérieures de paroi métalliques, cette chambre présentant un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'air et un ventilateur ou une soufflante étant disposé dans la chambre pour établir un courant d'air qui balaie le générateur d'ions et sort de la chambre à travers l'orifice de sortie, cet appareil étant caractérisé en ce qu' il est conçu de façon qu'en fonctionnement, le rapport Tx/Ty soit supérieur à l'unité, Tx et Ty étant des valeurs finies des temps mis par les ions à atteindre, respectivement, l'une desdites faces intérieures de paroi de la chambre dans le sens d'écoulement de 1' air et l'une de ces faces perpendiculaire à la direction d'écoulement d'air, de sorte qu'une proportion notable des molécules ionisées quittant le voisinage de l'effet corona sont chassées par soufflage à travers l'orifice de sortie avant de pouvoir atteindre aucune desdites faces de paroi. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre est en plaques d'acier ou en feuilles minces d'acier ou d'aluminium fixées à une charpente légère. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de décharge sont définis par une électrode haute tension formée par un fil horizontal mince (42) qui relie les parois latérales (35) de ladite chambre, mais en est isolé. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que 1' orifice de sortie (44) est ménagé dans une paroi (45) de la chambre et cece qu'un guide ou déflecteur (46) à profil convenable est disposé dans la chambre pour guider le courant d'air vers l'orifice de sortie. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit guide ou déflecteur (46) est formé par une électrode de blindage métallique ou à surface métallique, mise à la terre. 6. Procédé d'ionisation atmosphérique à l'aide d'un appareil comprenant un générateur d'ions destiné à produire un effet corona sous haute tension, ce générateur d'ions comprenant un générateur de haute tension et des moyens de décharge et étant logé dans une chambre, assurant son blindage, qui présente des faces intérieures de paroi métalliques, cette chambre comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'air et un ventilateur ou une soufflante, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on établit, au moyen du ventilateur ou de la soufflante, un courant d'air - qui arrive de l'entrée d'air, balaie les moyens de décharge et ressort à travers l'orifice de sortie animé d'une vitesse telle que le rapport Tx/Ty soit supérieur à 1' unité, Tx et Ty étant les valeurs finies des temps mis par les ions à atteindre, respectivement, l'une desdites faces intérieures de paroi de la chambre dans le sens d'écoulement de l'air et l'une de ces faces perpendiculaire à la direction d'écoulement d'air, de sorte qu'une proportion notable des molécules ionisées qui quittent le voisinage de l'effet corona sont soufflées à travers l'orifice de sortie avant de pouvoir atteindre une quelconque desdites faces de paroi. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le courant d'air est guidé vers l'orifice de sortie par un guide ou déflecteur à profil convenable disposé dans la chambre. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une électrode de blindage métallique ou à surface métallique, formant ledit guide ou déflecteur, est mise à la terre. 9. Procédé selon une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite chambre est mise à la terre.