Brevet FR2405896A1 — publié le 19790511

La présente invention a trait à un perfectionnement des dispositifs permettant de fabriquer de l'ozone en appliquant le procédé qui consiste à faire passer un débit d'air à travers une zone d'effluves électriques engendrées en établissant un champ électrique continu entre une première surface limite affectée d'un potentiel électrique positif de valeur moyenne choisie dans l'intervalle de 1000 volts à 50000 volts et une seconde surface limite à potentiel nul. De tels dispositifs sont décrits dans la demande de brevet français nO 77 07323 déposée le 11 Mars 1977 par la demanderesse. Des dispositifs, selon l'invention, comportent d'une part un conduit, en matériau conducteur de l'électricité, reliant une première ouverture débouchant sur un moyen d'alimentation de débit d'air et une seconde ouverture débouchant dans une conduite d'évacuation, ce conduit étant relié à une masse à potentiel électrique nul, et d'autre part, un corps, en matériau conducteur de l'électricité, entièrement recouvert d'un matériau isolant, poreux et de faible conductance, disposé à l'intérieur du conduit et relié à une source de courant à haute tension de polarité positive. Selon un mode préférentiel de réalisation, le conduit est un cylindre de révolution, et le corps, disposé à l'intérieur du conduit, est constitué par un fil métallique tendu, de même axe que le cylindre de révolution constituant le conduit. Dans diverses réalisations, le fil en un matériau conduisant l'électricité comprend dans sa composition seulement des métaux dont les oxydes sont poreux et de faible conductance ; le fil étant entièrement recouvert d'un matériau isolant, poreux et de faible conductance. Dans d'autres réalisations, le fil en un matériau conduisant I'électricité comprend au moins un métal dont l'oxyde engendré par le contact avec l'air atmosphérique est poreux et de faible conductance, le fil étant entièrement recouvert d'un matériau isolant poreux et de faible conductance. Dans certaines réalisations, le matériau isolant poreux et de faible conductance recouvrant entièrement le fil est constitué par les oxydes des métaux avec lesquels est constitué le fil conducteur. Le revêtement d'un fil métallique conducteur à l'aide d'un matériau isolant poreux et de faible conductance est aisément réalisable et pour ce faire de nombreux moyens ont été utilisés. Les revêtements comportant des fibres organiques d'origine végétale comme le coton, ou de synthèse, présentent l'inconvénient d'être corrodés dans le milieu oxydant ou ils se trouvent placés, ce qui peut limiter de façon notable leur longévité. De meilleurs résultats ont été obtenus avec des revêtements à base de fibrettes de verre agglomérées avec lesquelles on obtient des temps d'utilisation à haut rendement comparables à ceux que l'on observe avec les fils revetus d'une couche d'oxyde métallique poreux, soit plusieurs mois. L'éventualité de rupture et de fragmentation ultérieure du revêtement lorsque la nature de ce revetement est très différente de celle du fil métallique lui-même, a conduit à rechercher un moyen de munir la surface du fil métallique de discontinuités permettant d'initier et d'entretenir l'effluve électrique en l'absence d'un revêtement présentant lui-même des discontinuités. Les dispositifs suivant la présente invention permettent de pallier les difficultés rencontrées avec l'emploi des revêtements discontinus, en munissant la surface du fil conducteur d'aspérités constituées par la matériau du fil lui-même. Un dispositif, selon l'invention, de fabrication d'ozone comprend un conduit en matériau conducteur de l'électricité, reliant une première ouverture débouchant sur un moyen d'alimentation d'un débit d'air et une seconde ouverture débouchant dans une conduite d'évacuation, le conduit étant relié à une masse à potentiel électrique nul, et un corps en matériau conducteur de l'électricité, limité par une surface comportant au moins une aspérité ayant une zone sommitale dont au moins une section plane comprend une zone à rayons de courbure de valeur extrêmement faibles par rapport aux rayons de courbure relatifs au reste de la section de ladite aspérité, le corps étant disposé à l'intérieur du conduit et relié à une source de courant à haute tension de polarité positive, dont la valeur est choisie dans l'intervalle de 1000 volts à 50000 volts. Suivant les dispositions préférentielles, les valeurs des rayons de courbure de la zone sommitale d'une aspérité, valeurs extrêmement faibles par rapport aux rayons de courbure relatifs au reste de la section de ladite aspérité, sont inférieures à 0,5 millimètre. Les meilleures conditions de fonctionnement sont obtenues lorsque la zone sommitale de l'aspérité dont au moins une section plane présente des rayons de courbure de valeurs extrêmement faibles par rapport aux rayons de courbure relatifs au reste de ladite aspérité, a la forme d'un angle vif. Suivant un mode préféré de réalisation, le conduit étant un cylindre de révolution de diamètre choisi entre 1 et 50 centimètres, le corps disposé à l'intérieur du conduit est constitué par un fil métallique tendu de même axe que le cylindre de révolution constituant le conduit, ledit fil comportant au moins une aspérité. Dans certaines réalisations, la zone sommitale d'au moins une aspérité a une forme assimilable à un dièdre d'angle au sommet inférieur à cent vingt degrés sexagésimaux, aspérité s'étendant de façon continue le long de la partie utile du fil. Cette aspérité peut aussi s'étendre de façon discontinue le long de la partie utile du fil. Dans d'autres réalisations, chaque aspérité dont la zone sommitale a une forme assimilable à un dièdre s'étend le long de la partie utile du fil suivant le tracé d'une hélice coaxiale du fil. Suivant une autre forme de réalisation, la zone sommitale des aspérités peut être assimilée à un cone d'angle au sommet inférieur à cent vingt degrés sexagésimaux. Dans diverses réalisations, le fil métallique est de section droite circulaire, ou de section droite rectangulaire comportant deux grands côtés et deux petits côtés, ou encore de section droite rectangulaire régulièrement torsadée. Dans cette dernière forme de réalisation, il est préféré que le fil métallique de section droite rectangulaire, régulièrement torsadé, porte des aspérités sur les surfaces correspondant aux petits côtés de la section rectangulaire. L'invention sera mieux comprise dans la description, donnée à titre non limitatif, de différents dispositifs permettant la réalisation de l'invention, dispositifs illustrés à l'aide des figures suivantes et données après cinq figures représentatives de l'art antérieur. - Figure 1 : Schéma de principe d'un conduit cylindrique avec fil coaxial. - Figure 2 : Section du fil coaxial constituant l'électrode positive. - Figure 3 : Vue perspective d'un dispositif industriel. - Figure 4 : Vue perspective de l'ensemble des électrodes positives-du dispositif selon la figure 3. - Figure 5 : Schéma d'alimentation électrique. - Figure 6 : Section d'une aspérité avec zone sommitale à rayon de courbure faible. - Figure 7 : Section d'un fil avec aspérités avec zones sommitales ayant la forme d'angles vifs. - Figure 8 : Fil comportant une aspérité en forme d'hélice continue. - Figure 9 : Section droite du fil selon la figure 8. - Figure 10 : Fil comportant une aspérité en forme d'hélice discontinue. - Figure 11 : Section droite du fil selon la figure 10. - Figure 12 : Fil avec pluralité d'aspérités en forme de dièdres rectilignes. - Figure 13 : Section droite du fil selon la figure 12. - Figure 14 : Fil comportant une pluralité d'aspérités à forme conique. - Figure 15 : Section droite du fil selon la figure 14. - Figure 16 : Fil à section rectangulaire torsadé avec aspérités sur le petit côté du rectangle. - Figure 17 : Section droite du fil selon la figure 16. Les figures 1 à 5 donnent une représentation schématique d'un dispositif permettant la réalisation du procédé exposé dans la demande de brevet français nO 77 07323 du 11 Mars 1977. En se référant à la figure 1, on trouve en 1 un conduit cylindrique en matériau conducteur de l'électricité fait d'une tôle de fer ou en un métal léger tel que l'aluminium. Le conduit 1 relie une première ouverture la débouchant sur un moyen d'alimentation en air, non figuré, et une seconde ouverture lb débouchant dans un conduit d'évacuation non figuré. Le conduit 1 est relié par un fil conducteur 2 à une masse 3 à potentiel nul telle qu'une terre. Un fil 4 métallique tendu, rectiligne, coaxial du conduit 1, s'étend sur toute la longueur du conduit 1 supporté à ses extrémités par des supports isolants non figurés. Le fil 4 est relié à une source de courant électrique continue de polarité positive. Le fil 4, comme il est montré sur la figure 2 qui en donne une section droite, est entièrement recouvert d'un matériau 5 isolant, poreux et de faible conductance. La figure 3 donne une vue perspective d'un dispositif industriel constitué par un assemblage de seize conduits élémentaires, tels que décrits à l'aide de la figure 1, et montés en parallèle, entre deux boltes d'extrémités, une boite d'entrée 6 et une boite de sortie 7 dans lesquelles lesdits conduits débouchent. Chacune des boites d'extrémité comporte à l'opposé des ouvertures desdits conduits, une ouverture unique qui, pour la boite d'entrée 6, débouche dans un moyen 8 d'alimentation en air et pour la botte de sortie 7 débouche dans un conduit d'évacuation 9. L'ensemble des conduits, tels que 1, est relié par un conducteur électrique 2 à une masse 3 à potentiel nul. La figure 4 donne une vue perspective de l'ensemble des électrodes positives du dispositif selon la figure 3. Lesdites électrodes sont constituées par autant de fils, tel que le fil 4 décrit à l'aide de la figure 1 du dispositif élémentaire cylindrique. A chaque extrémité, les fils tel que 4 sont fixés aux points d'intersection d'un réseau 10 et 11 orthogonal constitué par un fil métallique fait du même matériau conducteur de l'électricité dans lequel sont faits les fils tels que 4. Un des réseaux métalliques d'extrémité, par exemple le réseau 10, est relié par un conducteur 12 métallique à la borne positive d'un générateur de courant continu à haute tension, non figuré. L'ensemble des fils tel que 4 et des réseaux d'extrémité tels que 10 et 11 sont entièrement recouverts d'un matériau isolant poreux et perméable à l'air. Les réseaux d'extrémité 10 et 11 sont fixés à l'intérieur des boltes 6 et 7 au moyen de supports isolants non figurés. La figure 5 donne un schéma d'un générateur de courant continu utilisable pour l'alimentation des électrodes positives dtun dispositif générateur d'ozone. Un transformateur 13 alimenté en courant alternatif 14 donne un courant alternatif de potentiel plus élevé 15. Une diode 16 donne un courant redressé 17 et un condensateur 18 intercalé entre la sortie de la diode et la sortie homologue du transformateur donne un certain lissage de la courbe représentant la tension de sortie 19. Ceci constitue un exemple classique de moyen employé pour la fourniture d'un courant pseudo continu ou continu stabilisé à mieux que plus ou moins 10 %. La figure 6 représente, sur un corps tel qu'un fil 4, une aspérité 20. Cette aspérité entre deux flancs21 et22 comporte une zone sommitale23 qui peut être délimitée entre deux points M et N. Le rayon de courbure R en tout point de la zone sommitale a une valeur extrêmement faible par rapport aux rayons de courbure relatifs au reste de la section de l'aspérité, c'est-a-dire par rapport aux rayons de courbure des flancs 21 et 22. En pratique, les rayons de courbure le long de la zone sommitale sont inférieurs à 0,5 millimètre. La figure 7 représente une section droite d'un fil 4 portant plusieurs aspérités 20', 20", 20"', 20IV, 20V, dont la zone sommitale se termine par un angle vif tel que Ok,4" Ct t. Les aspérités représentées à l'aide des figures 6 et 7 sont soit des aspérités isolées, soit des aspérités comportant un allongement plus ou moins important. Dans les deux cas, les angles vifs LIJC t doivent avoir une valeur inférieure à 120 degrés, il est préférable que ces angles soient inférieurs à 90 sexagésimaux. Les figures 8 et 10 représentent des fils 4 comportant au moins une aspérité 20 à grand allongement enroulée suivant une forme hélicoidale, continue pour la figure 8, discontinue pour la figure 10. Les figures 9 et 11 donnent chacune une section droite suivant un plan A relativement à la figure 8 et à la figure 10. La figure 12 représente un fil 4 comportant quatre aspérités, telles que 20, en forme de dièdres rectilignes de grand allongement et la figure 13 est une section droite d'un tel fil 4. La figure 14 représente un fil comportant une pluralité d'aspérités à forme conique. I1 s'agit là d'une réalisation ayant procuré les meilleures conditions de fonctionnement pour l'appareil de production d'ozone. Plusieurs modes de réalisation ont été utilisés pour de tels fils, notamment par projection de métal fondu sur le fil et par dépôt électrolytique. La figure 15 donne une section droite par un plan A d'un fil selon la figure 14. La figure 16 représente un fil de section rectangulaire torsadé et comportant des aspérités sur la paroi développée par le petit côté de la section triangulaire. Ces aspérités sont généralement à forme conique mais peuvent aussi avoir la forme de cristaux à arêtes plus ou moins vives et plus ou moins tronquées. La figure 17 représente une section droite du fil selon la figure 16 par un plan A. Avec des installations comportant des fils tels que représentés à l'aide des figures 14 et 16, on a observé pour diverses alimentations en courant, les résultats suivants TABLEAU I Courant Couronne (micro ampères) 400 800 Fil figure 14 Puissance utilisée 6,0 13 Watts Production de 03 milligramme/minute 4,8 8,8 Rendement milligramme/Watt heure 48 41 Fil figure 16 Puissance utilisée 5,3 12,4 Watts Production de 03 milligramme/minute 3,9 8,2 Rendement milligramme/Watt heure 44 40 Avec les générateurs d'ozone connus, utilisant des courants alternatifs à haute fréquence pour créer l'effluve en alimentant avec de l'air dépoussiéré, déshuilé et desséché, de telle façon que le point de rosée soit à -600 centigrades, on obtient un effluent d'air contenant 1 à 1,5 % en poids d'ozone et dans les meilleures conditions de marche 3 % en poids d'ozone. Avec un générateur d'ozone suivant la présente invention, en alimentant avec de l'air atmosphérique non traité, on obtient des effluents contenant I à 3 % en poids d'ozone, ce qui établit l'avantage industriel de l'invention. De telles installations de production d'ozone d'une remarquable stabilité de marche, ne réclamant aucun entretien, se prêtent aussi bien à l'emploi dans les laboratoires que dans les entreprises industrielles, notamment pour l'assainissement des effluents, l'épuration des eaux et tous les traitements industriels requérant l'emploi d'ozone. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de fabrication d'ozone comprenant un conduit en maté riau conducteur de l'électricité, reliant une première ouverture débouchant sur un moyen d'alimentation d'un débit d'air et une seconde ouverture débouchant dans une conduite d'évacuation, le conduit étant relié à une masse à potentiel électrique nul, et un corps en matériau conducteur de l'électricité, limité par une surface comportant au moins une aspérité ayant une zone sommitale dont au moins une section plane comprend une zone à rayons de courbure de valeur extrêmement faibles par rapport aux rayons de courbure relatifs au reste de la section de ladite aspérité, le corps étant disposé à l'intérieur du conduit et relié à une source de courant à haute tension de polarité positive. 2 - Dispositif suivant la revendication 1 dans lequel les valeurs des rayons de courbure de la zone sommitale d'une aspérité, valeurs extrêmement faibles par rapport aux rayons de courbure relatifs au reste de la section de ladite aspérité, sont infé rieures à 0,5 millimètre. 3 - Dispositif suivant la revendication 1 dans lequel la zone sommitale de l'aspérité dont au moins une section plane présente des rayons de courbure de valeurs extrêmement faibles par rapport aux rayons de courbure relatifs au reste de ladite aspérité, a la forme d'un angle vif. 4 - Dispositif suivant la revendication 2 ou 3 dans lequel le conduit étant un cylindre de révolution, le corps disposé à l'intérieur du conduit est constitué par un fil métallique tendu de même axe que le cylindre de révolution constituant le conduit, ledit fil comportant au moins une aspérité. 5 - Dispositif suivant la revendication 3 dans lequel la zone sommitale d'au moins une aspérité a une forme assimilable à un dièdre d'angle au sommet inférieur à cent vingt degrés sexagésimaux, aspérité s'étendant de façon continue le long de la partie utile du fil. 6 - Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel la zone sommitale d'au moins une aspérité a une forme assimilable à un dièdre d'angle au sommet inférieur à trente degrés sexagé simaux, aspérité s'étendant de façon discontinue le long de la partie utile du fil. 7 - Dispositif suivant la revendication 5 ou 6 dans lequel chaque aspérité dont la zone sommitale a une forme assimilable à un dièdre s'étend le long de la partie utile du fil suivant le tracé d'une hélice coaxiale du fil. 8 - Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel la zone sommitale des aspérités peut être assimilée à un cone d'angle au sommet inférieur à cent vingt degrés sexagésimaux. 9 - Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel le fil métallique est de section droite circulaire. 10 - Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel le fil métallique est de section droite rectangulaire comportant deux grands côtés et deux petits côtés. 11 - Dispositif suivant la revendication 10 dans lequel le fil métallique de section droite rectangulaire est régulièrement torsadé. 12 - Dispositif suivant la revendication 10 dans lequel le fil métallique de section droite rectangulaire, régulièrement torsadé, porte des aspérités sur les surfaces correspondant aux petits côtés de la section rectangulaire.