Brevet FR2722923A1 — publié le 19960126

La présente invention concerne les dispositifs électroniques de type "générateurs d'ions négatifs et/ou positifs" elle permet de maintenir à l'intérieur d'une enceinte ou d'un local une densité ionique (par exemple d'ions Oxygène négatifs O2 dans l'air) strictement déterminée et aussi élevée que nécessaire, en l'absence de toute production de peroxydants agressifs ou toxiques (Ozone 03 ou oxydes d'Azote NOx) Les dispositifs connus de ce genre reposent sur l'effet "couronne" (ou effet "de pointe") portée par exemple à une tension de -7 à -12 kV, une pointe métallique émet alors un flux d'électrons croissant rapidement (exponentielle) avec la tension appliquée Les défauts connus de ces dispositifs en limitent toutefois sévèrement les performances, I'intérêt et les possibilités d'applications - tensions très élevées, difficiles à utiliser voire dangereuses, mais indispensables à la production d'un flux ionique suffisant, - zone de plasma résultante étendue créée à l'extrémité des pointes, favorisant une production intense des peroxydants déjà cités - rendement médiocre et directivité excessive de l'émission ionique - quasi-obligation d'utiliser un "propulseur" couteux en énergie inutile, bruyant, sujet à usure (ventilateur, turbine . > De tels défauts sont largement atténués, et certains sont supprimés dans les dispositifs munis de "l'optique électronique" suivant notre Brevet Br 86 12448 et notre demande de Brevet N 92 00700 .Toutefois subsistent trois défauts propres à la configuration adoptée - amorçages possibles entre les aiguilles émettrices et la plaque de champ (connectée à la masse et au sol), dus au diamètre nécessairement limité des ouvertures de la-dite plaque - pertes importantes de rendement dues à la capture, par la plaque de champ et les parois, des charges issues des aiguilles - limitation inévitable du confinement du plasma due à un "rabattement" insuffisant de l'équipotentielle zéro, résultant du diamètre important des ouvertures de la plaque de champ. Ainsi que le vérifie le contrôle expérimental d'une réalisation du dispositif nouveau suivant l'invention, le-dit dispositif permet d'éviter ces inconvénients et de supprimer ces défauts Ce dispositif nouveau comporte à cette fin un gaînage de chacune des aiguilles émettrices, constitué par un diélectrique à forte résistivité et faibles pertes, et de permittivité relative élevée, associé à une réorganisation des éléments de l'optique électronique . Ce gaînage assure alors l'avantage multiple - de pouvoir réduire très fortement le diamètre des ouvertures de la plaque de champ - d'assurer ainsi le "rabattement" maximum possible de l'équipotentielle zéro (champ dans le diélectrique) - d'obtenir la valeur voisine du maximum possible du champ électrique à l'extrême pointe des aiguilles émissives - d'avoisiner ainsi le maximum possible de l'émission électronique initiale - d'éviter ainsi le recours à des très hautes tensions génératrices de gaz toxiques - de réduire au minimum possible le volume de la zone de plasma - de réduire encore ainsi la production des peroxydants - de supprimer totalement les amorçages résultants avec la plaque de champ - d'annuler totalement les pertes par effet couronne latéral des aiguilles - de disposer alors l'extrémité libre des aiguilles au plus près de la plaque extérieure - de réduire le diamètre des ouvertures de la-dite plaque - de disposer ainsi un nombre accrû d'aiguilles émissives sur une même surface - de réduire ainsi, si nécessaire, I'encombrement extérieur du dispositif sans nuire à son rendement Le dipositif suivant l'invention assure donc la production, I'émission et la dmusion d'un flux intense de charges des deux signes sous une tension de valeur modérée, paramètre incompatible avec les exigences -et les défauts résultants- des autres dispositifs à pointes émissives. II en résulte une amélioration certaine du générateur à "effet couronne", tant en ce qui conceme l'importance du flux émis que sa répartition spatiale (quasi-isotropie), la sécurité encore accrue de son utilisation , l'absence totale et définitive de toute nuisance, due à l'absence d'émission de peroxydants toxiques (ozone, oxydes d'azote) ainsi que le prouvent les mesures de flux total émis en cage de Faraday, et l'analyse par spectroscopie en chimioluminescence de l'air prélevé au voisinage des pointes Les dessins annexés représentent respectivement: - le schéma (de principe) des éléments de l'optique électronique, avec la distribution des équipotentielles : planche 1/3 - le schéma (synoptique) du dispositif sous forme des fonctions spécifiques exercées par chacune de ses parties : planche 2/3 - le schéma (de principe) de la source de Haute Tension : planche 3/3 . Telle qu'elle est représentée sur la figure 1 de la planche 1/3, la partie "optique électronique" du dispositif objet du Brevet comporte - une plaque (P1) conductnce sur laquelle sont fixées (soudure, sertissage, etc) les "pointes" émettrices - des "pointes" constituées par des aiguilles en métal inoxydable (Aig) dont l'extrémité libre a un rayon de queques micromètres; Snt - une "gaine" diélectrique,gfaite d'un matériau de forte résistivité, de faibles pertes et de permittivité relative élevée, d'un diamètre de l'ordre de 5 mm, enfilée à frottement doux sur chaque aiguille, et ne laissant de celle-ci que 2 mm environ libres au-delà de la section plane constituant l'extrémité de la-dite gaine - une plaque composite (P2,P3) dont la face inférieure est isolante, et la face supérieure est conductrice et connectée à la masse (potentiel zéro du sol) , la-dite plaque est percée d'ouvertures circulaires assurant exactement le passage des "gaines" des aiguilles émettrices - une plaque composite (P4,P5) dont la face inférieure (P4) de quelques centièmes de millimètre d'épaisseur est isolante, la face supérieure (P5) dont l'épaisseur est de l'ordre de 5 mm est très faiblement conductrice (résislivité de l'ordre de 109 Ohm.mètre) et est connectée à la plaque (P3) la résistance (Rf) de "fuite" symbolisant la résistance réelle de la plaque P5 chargée d'écouler les charges (If) prélevées sur le flux principal ; la-dite plaque (P5) est percée d'ouvertures circulaires munies d'un chanfrein (C) d'ouverture angulaire de l'ordre de 60 et creusé sur toute son épaisseur, de sorte que sa face inférieure affleure la section plane de la "gaîne", et que l'extrémité libre des aiguilles soit alors à environ 2 mm au-delà de la-dite section plane et en retrait de 2 à 3 mm de la face extérieure de la-dite plaque (P5) Tel qu'il est représenté sur la figure 2 de la planche 2/3, I'ensemble du dispositif suivant l'invention comporte trois sous-ensembles - un sous-ensemble (section I) constitué par un bloc d'alimentation délivrant entre la sortie (A) et la masse commune (B) une basse tension continue stabilisée (de 12 à 14 V), obtenue soit à partir du secteur alternatif, soit par usage d'accumulateurs, de piles ou de toute autre source convenable d'énergie électrique; - un sous-ensemble (section 11) constitué d'un double oscillateur bloqué générant une tension intermédiaire de l'ordre de 150 Volt à une fréquence comprise entre 20 et 50 kHz, suivi d'une "cascade" de Greinacher délivrant une haute tension de l'ordre de 5kV sous une impédance de l'ordre d'une centaine de Mégohm . Ces deux sous-ensembles sont conformes à la description figurant dans la demande de Brevet précitée N 92 00700; - un sous-ensemble (section III) constitué par l'optique électronique décrite plus haut suivant la figure 1 de la planche 1/3 . Le dessin de la figure 1 de la planche 1/3 représente la configuration de l'optique électronique destinée à la production et l'émission vers l'atmosphère du flux ionique émis par les "pointes" Un ensemble d'aiguilles, dont la longueur est de l'ordre de 40 à 60 mm pour un diamètre de l'ordre de 1 mm et un rayon terminal de l'ordre quelques micromètres, est fixé sur une plaque conductnce (métallique) (P1), portée par l'alimentation précitée à une tension négative (cas de la production d'ions Oxygène négatifs dans l'air) voisine de 5 kV maximum La plaque de champ conductrice (P3) portée par la plaque isolante (P2) est connectée à la masse (potentiel zéro) , les aiguilles émissives sont gainées de diélectrique . II en résulte que 'équipotentielle zéro est imposée par la plaque de champ (P3), sa distribution dépendant alors de la position et de la longueur des aiguilles ainsi que des caractéristiques de la gaine diélectrique . En fait, à cause de la permittivité relative élevée de la gaine, le "rabattement" de l'équipotentielle zéro se fait pratiquement sur la surface extérieure de ladite gaine et assure la présence d'un champ électrique de valeur maximum très élevée au niveau de l'extrémité libre de l'aiguille, dont les conséquences -vérifiées expérimentalement- sont l'accroissement important du flux ionique émis et l'extrême réduction de la zone critique de plasma . La configuration locale de l'ensemble "section plane de la gaîne-extrémité de l'aiguille- chanfrein ouvert de la plaque (P5)champ électrique intense" a pour résultat l'émission vers l'atmosphère environnante d'un flux de charges maximum, de distribution spatiale quasi-isotrope, en l'absence de quantité actuellement mesurable de peroxydants (ozone Enfin, le gaînage diélectrique des aiguilles permet d'isoler totalement celles-ci tant du bord métallique de la plaque de champ que de tout élément conducteur du voisinage (parois enfermant le dispositif entre autres) II en résulte la suppression totale de tout effluvage -producteur d'ozonecomme de tout amorçage indésirable, et l'absence corrélative de toutes pertes de flux ionique. Un exemple d'application est donné par la mise en oeuvre du dispositif objet du Brevet dans les lieux sujets à pollution ou biocontamination de l'air, tels les creches d'enfants : l'injection d'un flux ionique négatif suffisant assure alors la précipitation des particules et des germes présents, ainsi que la mort de ces derniers Un autre exemple d'application est donné par l'injection d'un flux ionique négatif intense dans les tubulures d'admission d'air des moteurs à explosion ou combustion inteme : I'air chargé négativement assure une combustion plus complète de l'aérosol d'hydrocarbure, et une moindre émission de polluants dans les gaz d'échappement .De tels exemples n'épuisent nullement les applications de l'invention, qui peut être utilisée dans toutes les circonstances exigeant la production de flux intenses d'ions (en particulier négatifs) en milieu gazeux aérien ou autre, en l'absence complète de composés (Ozone ou oxydes d'Azote) agressifs ou toxiques pour les personnes et les biens La figure 3 de la planche 3/3 représente une réalisation possible du sous-ensemble de la source à Haute Tension destinée à alimenter le sous-ensemble d'optique électronique objet du présent Brevet, source de Haute Tension dont les différents composants sont décrits dans la demande de Brevet N 92 00700 précitée . REV'EN'DICATION'S 1- Générateur d'ions des deux signes en tous milieux gazeux confinés ou en atmosphère libre un ensemble d'éléments (AS, OB, CG) constituant une source de haute tension stabilisée fournit aux pointes émissives d'une optique électronique (OE) la haute tension négative (ou positive) nécessaire Dispositif caractérisé en ce qu'il comporte deux ensembles autonomes de fonctions complémentaires non dissociables - un ensemble d'alimentation à haute tension comportant: une source d'alimentation stabilisée (AS) alimentée par le secteur altematif, ou une batterie d'accumulateur, ou tout autre dispositif assurant une tension constante choisie au préalable, un double oscillateur bloqué (OB) alimenté par la-dite source de tension stabilisée et fonctionnant à une fréquence comprise entre 20 et 50 kHz, alimentant une "cascade" de Greinacher (CG) délivrant une haute tension de sortie (-HT) voisine de 5 kV - une optique électronique (OE) assurant l'émission ionique vers le milieu ambiant 2- Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé en ce que les aiguilles émissives (Aig), fixées à la plaque conductrice (P1) portée à la Haute Tension (-THT), comportent une gaîne (Gne) concentrique aux-dites aiguilles et faite d'un matériau diélectrique à forte résistivité, faibles pertes et permittivité relative élevée 3- Dispositif suivant la revendication (1), caractérisé en ce que la partie de la gaine diélectrique (Gne) ,située du côté de l'extrémité libre des aiguilles (Aig) , se termine par une section plane laissant libre la-dite extrémité des aiguilles sur une longueur de l'ordre de 2 mm 4- Dispositif suivant la revendication (1) catactérisé en ce que la plaque de champ (P2,P3), portée au potentiel zéro de la masse générale du dispositif, est munie d'ouvertures de diamètre minimum exactement égal à celui de la gaîne (Gne) permettant ainsi le passage et le maintien de la-dite gaîne 5- Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé en ce que la plaque extérieure (P4,P5) comporte une partie isolante (P4) inférieure et une partie faiblement conductrice (P5) supéneure 6- Dispositif suivant les revendications (1) et (5) caractérisé en ce que la partie (P5) conductrice de la plaque (P4,P5) est reliée électriquement à la masse générale du dispositif par sa résistance "de fuite" (Rf) 7- Dispositif suivant les revendications (1) et (5) caractérisé en ce que la plaque (P5) faiblement conductrice est munie d'une ouverture chanfreinée (C) dont la base affleure le niveau de la section plane terminale de la gaîne (Gne). et la face extérieure est située en avant de l'extrémité des aiguilles (Aig) à une distance de l'ordre de 3 mm