Brevet FR2578632A1 — publié le 19860912

La présente invention concerne un appareil ozoniseur de moyenne production à concentration réglable. Les procédés de production d'ozone connus reposent sur le principe de base suivant l'ozone est produit à partir de l'oxygène de l'air ou de l'oxygène pur passant dans un champ d'effluves crée entre deux électrodes mises sous Haute Tension, lesquelles doivent être séparées par un diélectrique. Les différences entre les dispositifs résident essentiellement dans la conception de l'élément de production (diélectrique + électrodes) et du système de refroidissement. On trouve principalement - les ozoneurs à éléments de production plans: Ce sont des appareils, adaptés à des utilisations domestiques, leur exploitation dans de petites applications industrielles necessitrj donc un nombre excessivement important de plaques. Ils sont fragiles, coûteux en investissement et en entretien. - les ozoneurs à éléments de production tubulaires à refroidissement par l'eau: Ce sont des appareils très performants, bien adaptés pour de grosses installations mais qui présentent les inconvénients suivants 1) le refroidissement par l'eau est contraignant, cher et confère aux appareils peu ou pas de mobilité. 2) un traitement très poussé du milieu à ozoniser (filtration, surpression, refroidissement et dessication jusqu'à un point de rosée compris entre -50 et -600C) est impératif. Ceci implique une installation encombrante et couveuse tant en investissement qu'en exploitation, peu rentable pour des petites et moyennes productions. - les ozoneurs à électrodes tubulaires refroidies par le milieu à~ a ozoniser: Le refroidissement est assuré par le gaz, sec et propre, qui sert à la production d'ozone. D'importants débits sont, de ce fait, indispensables et la concentration en ozone et le rendement s'en trouvent inévitablement diminués, ce qui se traduit par une limitation du champ d'applications. - les ozoneurs å électrodes tubulaires refroidies par un fluide de refroidissement: Le fluide gazeux de refroidissement est indépendant du milieu à ozoniser. fr) C'est le cas du brevet n0 77 04401 pour lequel le milieu à ozoniser passe dans un noyau présentant des rainures disposées de manière à obtenir un mouvement helicoidal. Mais un nombre important de couches de matériaux différents constituent les électrodes dont la mise en oeuvre est d'une grande complexité. La présente invention vise à supprimer ces inconvénients. Elle permet en effet - l'obtention de concentrations en ozone telles qu'elles autorisent un large domaine d'applications : la fonderie, l'équarissage, les industries du cuir, du papier et du carton, l'hôtellerie, l'épuration des eaux, le milieu hospitalier, la recherche fondamentale ... - la maîtrise de la concentration en ozone obtenue, grâce à un ajustement du débit du milieu à ozoniser. - la simplicite de mise en oeuvre des électrodes, permettant la mécanisation des opérations. - la récupération de 1 'ozone résiduel naissant autour des éléments de production et souvent cause de désagréments. - le refroidissement efficace des électrodes par un fluide gazeux, sans nuire à la concentration en ozone obtenue. - un traitement minimum en quantité et en qualité du milieu à ozoniser. - la réalisation d'un appareil modulaire, facile d'emploi, peu exigeant en entretien et peu coûteux. Le dispositif mis en oeuvre pour obtenir ces résultats consiste en un système tubulaire comprenant une électrode interne présentant des microreliefs sur la face extérieure et éventuellement intérieure, entourée coaxialement d'une électrode externe, ce terme désignant l'ensemble " tube diélectrique + revêtement conducteur ". Le revêtement se présente sous forme de rubans faciles à mettre en place sur la surface externe du tube et disposés de manière à obtenir une longueur développée des lignes d'amorçage (constituées par les arêtes du revêtement) maximale. Le refroidissement est assuré par un fluide gazeux (généralement de l'air), pulsé à l'intérieur de l'électrode interne au travers d'un turbulateur. Le milieu à ozoniser, préalablement enrichi par l'ozone résiduel récupéré, suit entre les deux électrodes une trajectoire hélicoidale obtenue grâce à la pulsation, avec un faible débit, du gaz tangentiellement aux tubes. La trajectoire choisie a pour but, d'être sécante aux lignes d'amorçage et d'augmenter le temps de contact du milieu à ozoniser dans la zone d'effluves, donc la probabilité d'ionisation des molécules d'oxygène. La description, donnée ci-après, des divers éléments constitutifs d'un dispositif réalisé selon l'invention, fera référence aux dessins schématiques annexes, dans lesquels - la figure 1 représente un élément de production - la figure 2 représente une vue, en direction de la flèche A, de l'élément de production selon la figure 1 - la figure 3 représente un élément de production avec un autre type de revêtement pour l'électrode externe - la figure 4 représente, en coupe, un élément de production en place dans ses isolateurs, selon l'invention - la figure 5 représente le schéma de principe du dispositif selon l'invention - la figure 6 représente, en coupe, un dispositif selon un mode de réalisation préférentiel L'élément de production représenté aux figures 1 et 2 comprend - l'électrode interne qui est un tube cylindrique lisse (1) réalisé en un matériau bon conducteur d'électricité, résistant à des tensions et des fréquences élevées, ainsi qu'a l'ozone, par exemple l'acier inoxydable. Afin de favoriser les effets de crêtes donc d'abaisser les tensions d'amorçage et de ce fait l'échauffement, des microreliefs (2), d'une hauteur pouvant varier de 0,1 mm à 0,5 mm, sont crées sur la surface externe du tube. La création de microreliefs peut être réalisée par divers moyens tels que le brossage, le sablage, le moletage droit, oblique ou diamant, le rainurage, le grenaillage ... - l'électrode externe qui est constituée d'un tube cylindrique lisse (3) en matière diélectrique (par exemple le verre borosilicaté) sur lequel repose un revêtement conducteur. Cette électrode entoure coaxialement l'électrode interne. Afin d'accroitre la longueur développée des lignes d' amorçage, le revêtement est constitué de bandes étroites (4) disposées longitudinalement à l'axe du tube. Le nombre, la largeur des bandes ainsi que des intervalles qui les se parent sont définis de manière à offrir un rendement optimal d'ozone. Par exemple, des rubans de 5 mm espacés chacun de 5 mm. La nature du revêtement est un matériau conducteur, par exemple l'aluminium, le cuivre, le nickel, l'argent, l'étain, l'or Le revêtement peut être effectué selon différents procédés tels que le collage de rubans métalliques, l'utilisation de rubans métalliques adhésifs, d'encres ou de vernis conducteurs, la métallisation sous vide, etc... Ces procédés présentent l'avantage d'être facilement réalisables manuellement et de pouvoir être mécanisés. L' électrode externe est alimentée en courant Haute Tension par l'intermediaire d'un ou plusieurs colliers conducteurs (5) assurant le contact avec le revêtement. Par mesure de sécurité, l'électrode externe et ses colliers sont recouverts d'un vernis en matière isolante (6). Un autre dispositif, réalisé selon l'invention et représenté en figure 3, présente un revêtement par des rubans disposés hélicoidalement à l'axe du tube. Pour garantir un positionnement concentrique d'une électrode par rapport à l'autre, outre la mise en place éventuelle sur l'électrode interne, d'un jonc isolant ne nuisant pas à la circulation du milieu à ozoniser, les tubes sont maintenus en place, à chaque extrémité, comme représenté en figure 4, par un isolateur (7) et des joints toriques (8) et (9) résistants à l'ozone, assurant l'étanchéité. Les isolateurs avant et arrière présentent une ouverture latérale (10) respectivement pour l'entrée tangentielle du milieu à ozoniser et la sortie du milieu ozoné. Le gaz à ozoniser se déplace donc entre les électrodes selon un mouvement hélicoidal (11). Les isolateurs sont réalisés en résine chargée telle que résines araldites, polyesters ..., par usinage ou moulage. Le refroidissement des électrodes est obtenu par un fluide gazeux, en outre de l'air, indépendant du gaz d'alimentation donc non traité, soufflé, comme montré par la flèche B, à l'intérieur de l'électrode interne, à des débits non limités par des impératifs de rendement. L'échange thermique entre le fluide de refroidissement et l'électrode interne est augmenté par la mise en place, à l'intérieur du tube, d'un turbulateur (12). Le turbulateur est réalisé en un matériau résistant à l'ozone, bon conducteur d'électricité tel que l'acier inoxydable. Il consiste en un ruban, de largeur à peine inférieure au diamètre intérieur du tube, de manière à pénétrer dans le tube et à présenter des zones de contact avec celui-ci. Ce ruban est spiralé ou présente tout artifice succeptible de créer des turbulences. La création de microreliefs (13) sur la surface interne du tube pourra favoriser encore l'évacuation des calories, mais cette opération est facultative. Ces microreliefs peuvent par exemple facilement être réalisés par brochage. L'électrode interne est relié électriquement à la source Haute Tension par l'intermédiaire du turbulateur. Afin de récupérer l'ozone produit accessoirement, pendant le fonctionnement de l'appareil, à l'extérieur de chaque élément de production, celui-ci, seul ou disposé en parallèle avec d'autres éléments, selon la figure 5 est enfermé dans une enceinte hermétique (14) en matière isolante résistant à l'ozone telle que le PVC. Le gaz (air ou oxygène) préalablement filtré et éventuellement refroidi, est introduit à l'intérieur de l'enceinte par une ouverture munie d'un clapet de non retour (15). Il est récupéré, enrichi par l'ozone présent dans l'enceinte, et c'est ce mélange qui constitue le milieu à ozoniser, pulsé entre les électrodes. Selon un mode de réalisation préférentiel du dispositif, représenté en figure 6, 1' enceinte est conçue de manière à former avec les isolateurs, à l'avant et à l'arrière, une chambre étanche (16) destinée à recevoir sous pression le milieu à ozoniser à l'avant et le milieu ozoné à l'arrière. L'enceinte se présente en quatre éléments : deux supports de tubes avant (17) et arrière (18), le corps (19), et le couvercle (20). Les supports sont chacun constitués de deux flasques parallèles, reliés et perforés de manière à permettre la mise en place des isolateurs et d'une entretoise (21) destinée à maintenir une distance constante entre les supports Les isolateurs, identiques à l'avant et à l'arrière, sont constitués de deux parties : (22) et (23) supportant respectivement l'électrode interne et l'électrode externe. A titre d'exemple non limitatif, une chronologie de montage est décrite cidessous On fixe l'entretoise sur les supports avant et arrière puis on positionne la partie (23) de l'isolateur avant sur son support. L'électrode externe, munie de son joint torique, est alors mise en place entre ses deux isolateurs puis de même pour l'électrode interne. Les colliers sont raccordés électriquement à 1 1entretoise qui constitue une borne d'alimentation Haute Tension. Le corps est alors fixé aux supports, l'entretoise et les turbulateurs reliés aux bougies (24) et le couvercle également mis en place. Les joints d'étanchéite sont représentés sur le schéma mais non repérés. Le fluide de refroidissement est pulsé (selon la fleche B) dans la chambre formée entre le support avant et le couvercle, et ressort librement à l'arrière de l'appareil. Le milieu à ozoniser est introduit dans la chambre étanche selon la flèche C et le milieu ozoné est recueilli cane montré par la flèche D. Une plaque de sécurité (25) est prévue à l'carrière de l'appareil. Selon une variante, le milieu à ozoniser est amené puis recueilli au niveau de 1 'orifice latéral des isolateurs avant et arriere respectivement, par des tuyauteries. Selon un autre mode de réalisation, l'entrée du milieu à ozoniser peut se faire par l'intermédiaire drune chambre étanche et sa sortie par un système de tuyauteries ou inversement. Pour tous ces modes de réalisation, le corps de l'enceinte peut présenté des " fenêtres " en Plexiglas (nan déposé). REVENDICATIONS 1. Appareil ozoniseur tubulaire comprenant une électrode interne (1) en matière conductrice, entourée coaxialement par une électrode externe, tube en matière diélectrique (3) sur lequel repose un revêtement conducteur, caractérisé en ce que l'introduction, tangentiellement aux tubes, du milieu à ozoniser confère à celui-ci une circulation, entre les électrodes, selon un mouvement hélicoidal. 2. Ozoniseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz à ozoniser est préalablement enrichi de la quantité d'ozone récupéré dans l'enceinte hermétique (14) dans laquelle sont enfermés les éléments de production. 3. Ozoniseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement conducteur de l'électrode externe est constitué de rubans métalliques (4) disposés longitudinalement ou héllcoidalement à l'axe du tube. 4. Ozoniseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu à ozoniser est introduit entre les deux électrodes par un orifice latéral (10) effectué dans l'isolateur (7) celui-ci garantissant un positionnement concentrique d'une électrode par rapport à l'autre. 5. Ozoniseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le milieu à ozoniser parvient jusqu'à l'orifice latéral parce que maintenu sous pression dans une chambre étanche (16) ou bien par l'intermédiaire de tuyauteries. 6. Ozoniseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des microreliefs sont crées à la surface extérieure (2) et éventuellement intérieure (13) de 1' électrode interne. 7. Ozoniseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement des électrodes est assuré par un fluide gazeux de refroidissement, en général de l'air, passant à l'intérieur de l'électrode interne. 8. Ozoniseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement, passe au travers d'un turbulateur (12) réalisé en matiére conductrice et constituant une borne d'alimentation Haute Tension. 9. Ozoniseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode externe ainsi que les colliers conducteurs (5), reliés à la source Haute Tension, qui l'entourent, sont recouverts d'une couche en matière isolante (6).