Brevet FR2662810A1 — publié le 19911206

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de défaut dans un ozoneur. Un ozoneur comporte au moins une cellule formée de deux électrodes conductrices espacées et sur l'une desquelles est disposée une couche de matériau diélectrique. En effet, la cellule de base d'un ozoneur est formée de deux électrodes conductrices, présentant une surface déterminée, maintenues en regard l'une de l'autre de manière à laisser subsister entre elles un espace régulier dans lequel est introduit un diélectrique solide, mince, présentant une permittivité élevée et une surface identique à celle des électrodes. Ce diélectrique, qui est constitué généralement de verre, est appliqué contre l'une des électrodes, appelée généralement "électrode chaude", et réduit ainsi l'espace initial entre ces électrodes. Cet espace est parcouru lentement par un gaz à effluver qui peut être de l'air ou de l'zygène sec. L'autre électrode, également appelée "électrode froide", qui n'est pas en contact avec le diélectrique, a son potentiel fixé à la terre et est généralement refroidi par eau. Dans la majorité des cas, les électrodes et les diélectriques ont des formes cylindriques et se présentent sous la forme de tubes métallisés. Cependant, il existe également d'autres appareils dans lesquels les éléments se présentent sous une forme plane, mais leur principe de fonctionnement reste le même. Ainsi, si on applique une tension um alternative entre les électrodes, cette tension se divise en deux composantes, à savoir - u v correspondant à la tension aux bornes du diélectrique solide, et - u g correspondant à la tension aux bornes du gaz à effluver. Si la tension u a une valeur crête (ûg) g inférieure à la tension d'amorçage du gaz, la cellule de base de l'ozoneur se comporte comme deux condensateurs montés en série. Par contre, si la valeur crête de la tension (fla) atteint la valeur d'amorçage du gaz, (ûg = duo), des effluves apparaissent dans ce gaz qui devient alors partiellement conducteur et on assiste au processus d'ionisation et de formation de l'ozone. A partir de cet instant, la tension crête aux bornes du gaz garde une valeur constante Cûg = ûo = cste), quelle que soit la valeur crête (ûm) de la tension appliquée, supérieure à ûo. C'est alors le diélectrique qui est soumis à l'augmentation de tension permettant l'augmentation de puissance dans l'effluve (ûv = ûm - ûo). Si la valeur crête de la tension uv atteint la valeur de rupture du diélectrique, il y a claquage du diélectrique et il se produit un arc entre les électrodes, de sorte que l'ensemble est alors en court-circuit. Les ozoneurs industriels étant constitués par des groupements de plusieurs cellules de base élémentaires branchées en parallèle entre les bornes de l'ozoneur, il est extrêmement difficile de localiser la ou les cellules défectueuses parmi les autres. En effet, le seul procédé actuellement utilisé consiste à faire fonctionner l'appareil normalement et à tenter de repérer le plus rapidement possible le défaut en vue d'un remplacement de la cellule défectueuse. Cependant, ce procédé présente un certain nombre d'inconvénients dans la mesure où il est très long et met en péril le reste de la structure de l'ozoneur dans la mesure ou on le fait fonctionner en court-circuit sur sa propre alimentation, ce qui entraîne des risques de percement des électrodes ou des autres diélectriques en raison de la présence d'arcs électriques très importants. On notera par exemple que le percement d'une électrode froide provoque une inondation de l'ozoneur par l'eau de refroidissement de cette électrode et entraîne une destruction systématique de l'ensemble des autres cellules de base. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes en proposant un procédé de détection de défaut dans un ozoneur qui soit simple, fiable, et qui permet de détecter et de localiser très rapidement un défaut et ce sans mettre en péril les autres cellules de l'ozoneur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détection de défaut dans un ozoneur, comportant au moins une cellule formée de deux électrodes conductrices, espacées et sur l'une desquelles est disposée une couche de matériau diélectrique, caractérisé en ce qu'on applique, aux bornes de l'ozoneur, une tension continue que l'on fait varier progressivement entre 0 et une valeur maximale inférieure à la tension de claquage de la couche de matériau diélectrique et, lors de cette application de tension, on détecte une chute de tension et une augmentation de courant dans l'ozoneur, matérialisant l'existence d'un défaut. Avantageusement, on fait monter la tension jusqu'à une valeur correspondant à la création d'un arc entre les électrodes de l'ozoneur au niveau du défaut, et on maintient le courant dans l'ozoneur à une valeur suffisante pour maintenir l'arc et permettre son repérage dans l'ozoneur. Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un dispositif de détection de défaut dans un ozoneur, comportant au moins une cellule formée de deux électrodes conductrices, espacées et sur l'une desquelles est disposée une couche de matériau diélectrique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour appliquer, aux bornes de l'ozoneur, une tension continue, des moyens pour faire varier progressivement cette tension entre 0 et une valeur maximale inférieure à la tension de claquage de la couche de matériau diélectrique, et des moyens de détection lors de cette application de tension, dtune baisse de tension et d'une augmentation de courant dans l'ozoneur, matérialisant l'existence d'un défaut. Avantageusement, ce dispositif comporte des moyens pour faire monter la tension jusqu'à une valeur correspondant à la création d'un arc entre les électrodes de l'ozoneur au niveau du défaut et des moyens de maintien du courant dans l'ozoneur à une valeur suffisante pour maintenir l'arc et permettre son repérage dans l'ozoneur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.l représente un schéma synoptique illustrant la structure d'une cellule de base d'un ozoneur; - la Fig.2 représente un schéma électrique illustrant le fonctionnement d'une cellule de base d'un ozoneur; - la Fig.3 représente un diagramme courant/ tension illustrant le fonctionnement d'un ozoneur; et - la Fig.4 représente un schéma électrique d'un dispositif selon l'invention. Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 1, 2 et 3, un ozoneur est formé de plusieurs cellules de base comportant chacune deux électrodes conductrices 1 et 2 présentant une surface déterminée et maintenue en regard l'une de l'autre, de manière à laisser entre elles un espace régulier dans lequel est introduit une couche de matériau diélectrique 3 fixée sur l'électrode chaude 1. L'espace libre entre les deux électrodes est parcouru par le gaz à effluver qui comme on l'a mentionné précédemment peut être de l'air ou de l'oxygène sec. La première électrode 1 est reliée à une source d'alimentation en courant alternatif, tandis que l'électrode froide 2 est reliée à la terre. Le schéma équivalent d'un ozoneur est illustré à la Fig.2 et se présente sous la forme de deux condensateurs en série Cv et Cg, Cv représentant un condensateur équivalent à la couche de matériau diélectrique et Cg un condensateur équivalent au gaz, ce condensateur étant schunté par deux diodes Zener 4 et 5 montées tête-bêche. Ainsi, si la tension ug aux bornes du condensateur Cg a une valeur crête inférieure à la tension d'amorçage du gaz, la cellule de base de l'ozoneur se comporte comme deux condensateurs montés en série. Par contre, si la valeur crête de la tension ug atteint la valeur d'amorçage du gaz, des effluves apparaissent dans celui-ci, qui devient alors partiellement conducteur et on assiste au processus d'ionisation et de formation de l'ozone. A partir de cet instant, la tension crête aux bornes du gaz garde une valeur constante quelle que soit la valeur crête de la tension appliquée supérieure à uo, c'est alors la couche de matériau diélectrique qui est soumise à l'augmentation de tension permettant l'augmentation de puissance dans les tubes. Si la valeur crête de la tension atteint la valeur de rupture Ur du diélectrique, il y a claquage du diélectrique (Fig.3) et il se produit un arc entre les électrodes, de sorte que l'ensemble est alors en court-circuit. On a indiqué précédemment que le repérage de cet arc présentait un certain nombre d'inconvénients en raison des risques encourus par le reste de l'installation. Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes en proposant, comme on l'a mentionné précédemment, un procédé de détection de défaut dans un ozoneur qui consiste à appliquer aux bornes de l'ozoneur une tension continue que l'on fait varier progressivement entre 0 et une valeur maximale inférieure à la tension de claquage de la couche de matériau diélectrique de celui-ci et en ce que lors de cette application de tension, on détecte une chute de tension et une augmentation de courant dans l'ozoneur, matérialisant l'existence d'un défaut. En effet, un diélectrique haute tension "sain" c'est à dire ne présentant pas de défaut, soumis à une tension continue, se comporte comme un accumulateur d'énergie. Ainsi, si aucun diélectrique de l'ozoneur ne présente de défaut, l'ensemble des cellules de base de l'ozoneur se charge de façon normale comme tout condensateur, de sorte que la tension et le courant dans celui-ci présentent des caractères réguliers et connus. Par contre, si l'un des diélectriques présente un défaut, et si on le soumet à une tension continue, une fuite de courant continu apparait entre l'électrode chaude et l'électrode froide de la cellule défectueuse. Ce courant de fuite va alors créé un arc électrique entre ces deux électrodes, ce qui permet de déterminer l'existence d'un défaut dans la mesure où cet arc est associé à une chute de tension et à une augmentation du courant dans l'ozoneur, qui matérialisent l'existence de ce défaut. Pour permettre la localisation de ce défaut, il est possible de réaliser un repérage visuel de l'arc ainsi créé dans l'ozoneur. Cependant, alors que dans l'état de la technique, on faisait fonctionner l'ozoneur dans des conditions normales, avec sa source d'alimentation normale, dans le procédé selon l'invention, on fait monter la tension jusqu'à une valeur correspondant à la création de l'arc entre les électrodes au niveau du défaut et on maintient le courant dans l'ozoneur à une valeur suffisante pour maintenir cet arc et permettre son repèrage dans l'ozoneur, mais non dangereuse pour le reste de l'installation. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est représenté sur la Fig.4. Ce dispositif peut être alimenté par une tension continue provenant par exemple d'une batterie de tout autre moyen d'accumulation d'énergie de type connu ou encore à partir d'une tension alternative après redressement et filtrage. Dans le cas où les moyens d'alimentation sont constitués par une batterie ou des moyens d'accumulation d'énergie, le dispositif selon l'invention peut être autonome et portable. Ce dispositif comporte des moyens de protection constitués par exemple par un fusible 6 en série avec des moyens de filtrage 7 connectés comme cela est connu en soi, dans la ligne d'alimentation. Des moyens de commande 8 du fonctionnement de l'appareil sont connectés en série avec ces moyens de filtrage. Ainsi que cela sera décrit plus en détail par la suite, ces moyens de commande présentent trois positions, une position arrêt 0, une position 1 de mise en veille et en alarme du dispositif, dans laquelle des moyens 9 d'alarme sonore et/ou visuelle sont alimentés et une position 2 de mise en fonctionnement du dispositif. Ce dispositif comporte des moyens 10 de régulation de la tension continue appliquée aux bornes de l'ozoneur et alimentés lorsque les moyens de commande 8 sont en position 2, ces moyens de régulation comportant par exemple un potentiomètre 11 de réglage de la tension appliquée aux bornes de l'ozoneur. Ces moyens de régulation comportent également un kilovolmètre 10a et un milliampéremètre 1Ob connectés respectivement aux bornes et en série avec l'ozoneur pour contrôler la tension et le courant appliqués à celuici. Ces moyens sont alimentés après passage des moyens de commande en position 2 et actionnement d'un certain nombre de relais et en particulier d'un relais 12 commandé par un contact 13 obligeant l'utilisateur à mettre le potentiomètre Il à zéro avant de pouvoir déclencher l'alimentation. Le relais 12 actionne à son tour un contact 14 dlalimentation d'un autre relais 15 auto-alimenté par un contact 15a, qui commande à son tour un contact 16 connecté entre les moyens de commande 8 et les moyens 10 décrits précédemment pour assurer l'alimentation de ces moyens. Un autre relais 17 est également connecté en parallèle aux bornes des moyens de commande 8 du fonctionnement du dispositif, ces moyens assurant la commande d'un contact 18 connecté en série avec un certain nombre de résistances 19 en parallèle aux bornes de l'ozoneur, pour décharger celui-ci lorsque l'on coupe son alimentation. Des moyens de régulation de courant 20 sont également prévus en série dans le circuit d'alimentation de l'ozoneur après les moyens de régulation de tension 10 pour limiter le courant dans l'ozoneur. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. L'utilisateur doit tout d'abord actionner les moyens 8 de commande du fonctionnement du dispositif en les faisant passer de la position 0 à la position 1 dans laquelle les moyens d'alarme 9 sont mis en fonction. Ces moyens d'alarme peuvent être constitués par exemple par des moyens d'alarme sonore et/ou visuelle comme on l'a mentionné précédemment. Il y a lieu de vérifier à ce stade que le potentiomètre 11 est bien à zéro et que le contact 13 est bien fermé. Lorsque l'utilisateur passe à la position 2, et dans le cas où le potentiomètre il est bien à zéro, le relais 12 est excité, entraînant la fermeture du contact 14 et l'excitation du relais 15. Ce relais 15 ferme à son tour le contact 16 alimentant les moyens 10 mentionnés précédemment. Lors de la mise sous tension du dispositif, le relais 17 est également excité ouvrant le contact 18 de mise en décharge de l'ozoneur. Il est à noter que les moyens de commande 8 peuvent être constitués par exemple par un commutateur à clé à retour automatique obligeant ainsi l'utilisateur à maintenir une action sur la clé pour empêcher toute manipulation indésirable. L'utilisateur actionne alors le potentiomètre 11 pour faire monter la tension aux bornes de 1 'ozoneur. En même temps qu'il fait monter cette tension, il surveille le kilovoltmètre iOa et le milliampéremètre 1Ob pour détecter toute chute de tension et augmentation de courant dans ltozoneur, matérialisant l'existence d'un défaut. L'utilisateur fait varier cette tension progressivement entre O et une valeur maximale inférieure à la tension de claquage de la couche de matériau diélectrique. Si lors de cette variation, aucune chute de tension et aucune augmentation de courant ne sont constatées, il n'existe aucun défaut dans l'ozoneur. Par contre, si une chute de tension et une augmentation de courant sont constatées, l'ozoneur présente un défaut et l'utilisateur maintient alors le potentiomètre au niveau atteint, correspondant à la création d'un arc entre les électrodes de l'ozoneur au niveau du défaut et les moyens de régulation de courant 20 assurent une régulation du courant dans l'ozoneur à une valeur suffisante pour maintenir l'arc et permettre son repérage par exemple visuel dans l'ozoneur par un autre membre du personnel. Cette limitation du courant permet donc de sauvegarder le reste de l'installation en limitant le court-circuit dû à l'arc. Lors de la coupure de l'alimentation du dispositif, le relais 17 n'est donc plus alimenté, entraînant la fermeture du contact 18 et donc le branchement des résistances 19 aux bornes de l'ozoneur pour décharger celui-ci. On conçoit donc que le- dispositif selon l'invention, en appliquant une tension continue aux bornes de l'ozoneur et en maintenant celle-ci et le courant circulant dans l'ozoneur à des valeurs limitées, non dangereuses pour le reste de l'installation, permet d'effectuer un repèrage et une localisation très rapides des défauts éventuels de l'ozo- neur, tout en préservant le reste de l'installation. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de défaut dans un ozoneur comportant au moins une cellule formée de deux électrodes (1,2) conductrices, espacées et sur l'une desquelles est disposée une couche de matériau diélectrique (3), caractérisé en ce qu'on applique aux bornes de l'ozoneur, une tension continue que l'on fait varier progressivement entre O et une valeur maximale inférieure à la tension de claquage de la couche de matériau diélectrique (3) et, lors de cette application de tension, on détecte une chute de tension et une augmentation de courant de l'ozoneur, matérialisant l'existence d'un défaut. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait monter la tension jusqu'à une valeur correspondant à la création d'un arc entre les électrodes (1,2) de l'ozoneur au niveau du défaut, et on maintient le courant dans l'ozoneur à une valeur suffisante pour maintenir l'arc et permettre son repérage dans l'ozoneur. 3. Dispositif de détection de défaut dans un ozoneur, comportant au moins une cellule formée de deux électrodes (1,2) conductrices, espacées et sur l'une desquelles est disposée une couche de matériau diélectrique (3), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (10) pour appliquer, aux bornes de l'ozoneur, une tension continue, des moyens (11) pour faire varier progressivement cette tension entre 0 et une valeur maximale inférieure à la tension de claquage de la couche de matériau diélectrique (3) et des moyens de détection (îOa,îOb), lors de cette application de tension, d'une chute de tension et d'une augmentation de courant dans l'ozoneur, matérialisant l'existence d'un défaut. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (11) pour faire monter la tension jusqu'à une valeur correspondant à la création d'un arc entre les électrodes (1,2) de l'ozoneur au niveau du défaut et des moyens de maintien (20) du courant dans l'ozoneur à une valeur suffisante pour maintenir l'arc et permettre son repérage dans l'ozoneur. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens (10) pour appliquer la tension continue comprennent une alimentation réglable en tension1 équipée d'un kilovoltmètre (10a) et d'un milliampéremètre (10b). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (17f 18,19) de décharge de l'ozo- neur après coupure de la tension continue. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3,4,5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (9) d'alarme sonore et/ou visuelle lorsque l'ozoneur est sous tension.