Brevet FR2572381A1 — publié le 19860502

[ Générateur d'ozone comportant un diélectrique à base de céramique. La présente invention se rapporte à un générateur d'ozone comportant une première électrode métallique, une seconde électrode métallique et une couche de matière dié- lectrique sur la surface de la seconde électrode située du côté de la première électrode, la couche diélectrique étant constituée par une matière plastique durcissable chargée de poudre diélectrique. Dans la DE-OS 31 28 746, on propose d'utiliser, dans des générateurs d'ozone, un diélectrique appliqué en couche sur un corps métallique autoporteur en forme de tube ou de plaque, qui constitue une électrode. Ce diélectrique a quel- ques centaines de microns d'épaisseur et il est constitué par une poudre céramique répartie de façon homogène dans une ma- tière plastique. Comme matière plastique, on envisage-d'uti- liser, de préférence, un phénylméthylpolysiloxane ou une si- licone modifiée et, comme poudre céramique, une céramique présentant une caractéristique de température linéaire et une constante diélectrique relativement élevée, comme on en uti- lise, entre autres, pour fabriquer des condensateurs cérami- ques. Dans cette publication, on explique, à l'aide d'un diagramme, que, lorsque la proportion pondérale de la poudre céramique augmente, la constante diélectrique de la couche diélectrique augmente aussi, mais que, lorsqu'on utilise plus de 50 % en poids de poudre céramique, la rigidité diélectri- que du diélectrique diminue considérablement. Ainsi, il est clair que des limites sont imposées à une augmentation de la constante diélectrique, souhaitable en soi, pour augmenter la densité de puissance du générateur d'ozone. De plus, les rigidités diélectriques pouvant être obtenues se rapportent à la rigidité du diélectrique. Des recherches poussées de la Demanderesse ont montré qu'au cours du fonctionnement d'un générateur d'ozone, cette "rigidité à court terme" est moins importante. Le plus important, c'est le comportement de la couche diélectrique en charge perma- nente sous l'effet de la décharge dans la fente de décharge du générateur d'ozone. Cette caractéristique de la couche diélectrique, appelée ici "rigidité à long terme", est inférieure de plusieurs ordres de grandeur à la "rigidité à court terme": l'effet de décharge détache constamment des constituants petits et très petits de la surface du diélectrique. Au niveau de ces lacunes, le diélectrique subit localement des contraintes encore plus fortes, ce qui entraîne le détachement d'autres particules et, en fin de compte, le claquage, déjà pour des champs d'intensités encore réduites. En partant de l'état de la technique correspondant au préambule, l'invention a pour objet un générateur d'ozo- ne dont le diélectrique présente une rigidité à long terme beaucoup plus élevée et une proportion pondérale de la ma- tière de charge diélectrique supérieure à 50 % en poids. Dans ce cadre, l'invention part du fait nouveau suivant. Si l'on incorpore dans la couche diélectrique, en plus du liant et de la poudre céramique en fines particules, des particules plus grossières constituées par une matière résistant à l'effet corona, il se détache certes, au voisi- - nage de la surface de la couche, des particules de poudre fines et du liant sous l'effet de la décharge, mais le champs électrique ne peut pénétrer à n'importe quelle profondeur dans les trous entre particules "grossières" ainsi formées, car il ne s'y produit plus de décharge électrique. Un effet mécanique analogue à celui-ci pourrait être "l'effet de pavés": sur les routes et les rues pavées, l'attaque par l'érosion de la matière de remplissage comprise entre les pavés est limitée par les pavés eux-mêmes. Comme poudre céramique, on envisage, de préférence, le titanate de baryum. Comme constituants diélectriques gros- siers de la couche diélectrique, il convient d'utiliser, en plus d'un mélange de microbilles de verre et d'électrocorin- don, surtout des particules de-TiO2 de diamètre correspon- dant. Comme le TiO2 ne se trouve dans le commerce que sous la forme de poudre fine, on obtient les particules grossières par broyage de TiO2 aggloméré. Comme matière plastique durcissable, il convient particulièrement d'utiliser une résine époxyde durcie par des anhydrides. On applique le diélectrique, par exemple, par cou- lée sous vide, selon le procédé de gélification sous pres- sion ou la méthode de refoulement. On va décrire à présent l'invention avec davantage de détails au moyen du dessin annexé dont: La figure 1 est une coupe à échelle fortement agran- die d'un générateur d'ozone selon l'invention après un fonc- tionnement prolongé; La figure 2 est une représentation schématique ex- pliquant le fonctionnement de l'invention. Sur la figure 1, une première électrode métallique est désignée par la référence 1 et une seconde électrode métallique par la référence 2. La seconde électrode 2 com- porte une couche diélectrique 3 sur sa surface située du côté de la première électrode. La fente de décharge 4 du générateur d'ozone, d'une largeur typique de 0,6 à 2 mm, s'étend entre la couche 3 et la première électrode 1. La couche 3 contient un grand nombre de particules de TiO2 réparties plus ou moins uniformément et de parti- cules de titanate de baryum 6 intercalées. Les particules des deux types incorporées dans une résine époxyde durcis- sant à chaud, durcie, de préférence, par des anhydrides, d'une constante diélectrique relative _r d'environ 3,5. L'épaisseur de la couche diélectrique 3 est comprise entre 1 et 5 mm, de préférence entre 2,5 et 3 mm. La poudre de titanate de baryum présente une dimension granulométrique inférieure à un micron et elle présente une constante dié- lectrique relative Er d'environ 2000. Les particules grossières sont constituées par du TiO2 de dimensions granulométriques comprises entre 5 et Pm, d'une constante diélectrique relative Er d'environ 100. On les obtient par agglomération de TiO2 en fines par- ticules, suivie d'un broyage. Avec une couche ainsi constituée, qui comporte environ 42 % en volume de résine plastique, environ 20 % en volume de titanate de baryum en poudre et environ 38 % en volume de TiO2 grossier, on obtient une constante dié- lectrique relative de la couche totale Er d'environ 30,la rigidité à long terme étant supérieure à 2000 V/mm. Une couche 3 comportant un mélange de microbilles de verre et d'électrocorindon comme constituant grossier de la couche diélectrique donne des valeurs comparables. La figure 2 montre de quelle façon on peut expli- quer la rigidité à long terme plus élevée que ce qu'on con- naissait. Lorsque la durée de fonctionnement augmente, les constituants fins sont détachés de la surface initiale 7 du diélectrique par la. décharge (filaments Corona 8). Ce pro- cessus a également lieu entre deux particules 5 de TiO2 voisine. Cependant, cette matière ne peut pas être enlevée à une profondeur quelconque, du fait qu'un champs électrique (symbolisé par des flèches 9) ne peut pas pénétrer à n'im- porte quelle profondeur dans un trou et qu'il ne s'y produit même plus de décharge électrique. Les particules 5 de TiO2 grossières en saillie ne sont pas attaquées par la décharge. Un générateur d'ozone selon l'invention présente les avantages suivants: - on peut obtenir, du côté d'alimentation, sans com- plications supplémentaires en ce qui concerne la technique des circuits, des densités de puissance supérieures à 20 KW/m2, dans l'hypothèse d'une faible largeur de fente et d'un dou- ble refroidissement des deux électrodes; - on peut respecter des tolérances (mécaniques) très faibles qui ne dépendent pratiquement que de la technique d'application de la couche diélectrique, par exemple, l'enro- bage par coulée; - le meilleur transfert de chaleur possible entre le diélectrique et l'élément refroidissant; contrairement au tube de verre classique à électrode intérieure, on peut mettre ici le réfrigérant liquide directement en contact avec l'électrode comportant le diélectrique; - on peut se dispenser de la réalisation de contacts intérieurs particuliers; - le facteur de puissance (cosy) est amélioré; - on peut appliquer l'invention à la fois à des géné- rateurs d'ozone à tubes et à plaques. REVENDICATIONS 1.Générateur d'ozone comportant une première élec- trode métallique (1), une seconde électrode métallique (2) et une couche (3) de matière diélectrique sur la surface de la seconde électrode située du côté de la première élec- trode, la couche diélectrique (3) étant une matière plasti- que durcissable chargée de poudre diélectrique, caractérisé en ce que la couche diélectrique a plus de 1 mm d'épaisseur, en ce que la proportion de matière plastique de la couche diélectrique (3) est au plus de 40 % en poids et en ce que la poudre diélectrique renferme, en plus d'une poudre céra- mique de dimensions granulométriques inférieures à 1 Fm, des constituants diélectriques grossiers de dimensions granulo- métriques comprises entre 5 et 300 t. 2. Générateur d'ozone selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la poudre céramique est du titanate de ba- ryum. 3. Générateur d'ozone selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que les constituants diélectriques grossiers sont des microbilles de verre d'un diamètre compris, de préférence, entre 50 et 150 Pm et d'élec- trocorindon d'une dimension granulométrique comprise entre 50 et 150 M. 4. Générateur d'ozone selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que les constituants diélectriques plus grossiers sont des particules de TiO2 que l'on obtient en broyant du TiO2 aggloméré. 5. Générateur d'ozone selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise, comme matière plastique durcissable, une résine époxyde durcie par des anhydrides. 6. Générateur d'ozone selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diélectrique est appliqué à la seconde électrode (2) par coulée sous vide. 7. Générateur d'ozone selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diélectrique est appliqué à la seconde électrode (2) par le procédé de gélification sous pression. 8. Générateur d'ozone selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diélectrique est appliqué à la seconde électrode (2) par le procédé de refoulement.