Brevet FR3065615A1 — publié le 20181026

Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine de l'émission de plasma par décharge corona et plus particulièrement celui des réacteurs à plasma. Art Antérieur Il est connu d'utiliser un dispositif plasma à effet corona pour produire, par décharge corona, un plasma et un flux ionique. Un tel dispositif permet avantageusement de produire un plasma permettant d'ioniser un fluide traversant le dispositif. Une telle ionisation trouve des fonctionnalités multiples et complémentaires, par exemple, dans le secteur du traitement d'un fluide, tel que l'air. Selon une première fonctionnalité, une ionisation permet, par dépôt d'ions, de charger une particule contenue dans le fluide. Cette particule ainsi chargée peut avantageusement être retenue par un filtre électrostatique, pouvant être disposé en aval du dispositif. Selon une autre fonctionnalité, une ionisation possède une action neutralisante sur des organismes pathogènes, tels des virus, pouvant être véhiculés dans 15 le fluide. Selon encore une autre fonctionnalité, une ionisation produit avantageusement des espèces chimiques oxydantes utiles à la décontamination d'un filtre mécanique, tel un filtre à charbon actif, pouvant être disposé en aval du dispositif. Aussi un dispositif plasma à effet corona, ou un réacteur plasma comprenant une pluralité de tels dispositifs, constitue avantageusement un étage amont d'un moyen 20 multi filtres de traitement de fluide. Il est connu pour réaliser un dispositif plasma à effet corona, d'employer une électrode polarisée et une électrode de terre, disposée en regard de l'électrode polarisée, et d'appliquer entre ces deux électrodes une différence de potentiel importante, de l'ordre de plusieurs milliers de volts. Ceci crée un plasma ainsi que des décharges 25 corona produisant des décharges ioniques. L'effet d'ionisation du fluide est obtenu en créant une circulation du fluide obligeant le fluide à traverser le plasma. Pour obtenir un tel plasma, selon l'effet corona, il est connu deux configurations : selon une première configuration, dite pointe-plan, une électrode polarisée présentant un faible rayon de courbure est disposée perpendiculairement à une électrode de terre 30 sensiblement plane ; selon une autre configuration dite fil-cylindre, une électrode 3065615 2 polarisée filaire est disposée axialement dans une électrode de terre cylindrique. FR 2818451, du même déposant, propose de combiner ces deux configurations en utilisant une électrode polarisée en forme d'aiguille et une électrode de terre comprenant un treillis métallique sensiblement plan, disposé perpendiculairement à l'électrode 5 polarisée et un cylindre entourant l'électrode polarisée sur toute sa longueur. Ce dispositif est traversé par le fluide selon une direction parallèle à l'axe confondu de l'électrode polarisée et du cylindre. Il est toujours recherché une amélioration d'un dispositif plasma à effet corona, en termes d'efficacité de l'ionisation, de réduction du volume occupé ou encore de /0 l'énergie électrique consommée. Descriptif détaillée de l'invention L'invention a pour objet une cellule plasma à effet corona comprenant une électrode polarisée sensiblement en forme d'aiguille et une électrode de terre, disposée en regard de l'électrode de polarisée, comprenant un cylindre sensiblement centré sur 15 l'électrode polarisée et un film poreux sensiblement plan perpendiculaire à l'électrode polarisée, où le cylindre présente un profil bas et où l'électrode polarisée ne pénètre pas dans le cylindre. Selon une autre caractéristique, le film poreux est disposé, relativement à l'électrode polarisée, du côté opposé au cylindre. 20 Le film poreux est une surface permettant le passage de l'air avec des pores présentant une taille allant de 0,1 mm à 500 mm, de préférence de 5 mm à 50 mm. L'épaisseur du film poreux est avantageusement comprise entre 0,5 et 50 mm, de préférence entre 1 et 5 mm. Avantageusement, le film poreux est un maillage métallique, dont les mailles 25 peuvent présenter différentes formes (carré, losange, etc.). Avantageusement encore, le maillage métallique en question est une feuille de métal déployé. L'invention a encore pour objet un élément dual plasma à effet corona comprenant une première cellule plasma à effet corona comprenant une première 3065615 3 électrode polarisée et une première électrode de terre, disposée en regard de la première électrode polarisée, une deuxième cellule plasma à effet corona comprenant une deuxième électrode polarisée et une deuxième électrode de terre, disposée en regard de la deuxième électrode polarisée, où la première cellule et la deuxième cellule sont disposées symétriquement (tête-bêche). Selon une autre caractéristique, la première électrode polarisée et la deuxième électrode polarisée sont reliées à un même premier potentiel et la première électrode de terre et la deuxième électrode de terre sont reliées à un même deuxième potentiel, différent du premier potentiel. 10 Selon une autre caractéristique, le premier potentiel est négatif et le deuxième potentiel est la masse. Avantageusement, la ou les électrodes polarisées sont reliées à un potentiel négatif et on parle alors d'électrodes de décharge. Selon une autre caractéristique, la première électrode polarisée et la deuxième électrode polarisée sont sensiblement en forme d'aiguille et sont supportées par un support conducteur connecté à la première électrode polarisée, à la deuxième électrode polarisée et au premier potentiel, lequel support conducteur est de préférence sensiblement plan. Selon une autre caractéristique, le support conducteur comprend un circuit 20 imprimé comprenant au moins une piste conductrice connectée à la première électrode polarisée, à la deuxième électrode polarisée et au premier potentiel. Selon une autre caractéristique, une électrode polarisée est disposée dans un via métallisé percé dans ladite au moins une piste conductrice. Selon une autre caractéristique, le circuit imprimé comprends des jours, 25 préférentiellement en totalité à l'exclusion d'une bande étroite ménagée autour de ladite au moins une piste conductrice. Selon une autre caractéristique, la première électrode polarisée et la deuxième électrode polarisée sont axialement alignées, et sont préférentiellement réalisées de matière (c-a-d. une seule et même pièce). 30 Selon une autre caractéristique, l'une au moins parmi la première cellule et la 3065615 4 deuxième cellule, est une cellule selon l'un des modes de réalisation précédents. L'invention a encore pour objet un réacteur plasma comprenant une pluralité de dispositifs d'émission plasma à effet corona disposés côté à côte selon un arrangement sensiblement plan, où les dispositifs sont des cellules selon l'un des modes de 5 réalisation précédents, ou les dispositifs sont des éléments duaux selon l'un des modes de réalisation précédents. Selon une autre caractéristique, l'arrangement est un quadrillage sensiblement carré. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus / 0 clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 illustre, en vue de profil coupée, une cellule selon l'invention, - la figure 2 illustre, en vue de profil coupée, un élément dual selon l'invention, - la figure 3 illustre en vue de profil coupée, la polarisation d'un élément dual, 15 - la figure 4 illustre, en vue de profil coupée, un élément dual comprenant deux cellules de la figure 1, - la figure 5 illustre, en vue de profil coupée, l'élément dual de la figure 4 coté selon un mode de réalisation, - la figure 6 illustre, en vue de profil coupée, un réacteur plasma, - la figure 7 illustre, en vue perspective, un réacteur plasma, - la figure 8 illustre, en vue de dessus, un circuit imprimé support d'électrodes polarisées. Selon un premier aspect, illustré à la figure 1, l'invention concerne une cellule 11 plasma à effet corona améliorée. De manière connue, une telle cellule 11 comprend une électrode polarisée 12 sensiblement en forme d'aiguille et une électrode de terre 13, disposée en regard de l'électrode polarisée 12. L'électrode de terre 13 comprend un cylindre 14 sensiblement centré sur l'électrode polarisée 12 et un film poreux 15 sensiblement plan perpendiculaire à l'électrode polarisée 12. L'électrode polarisée 12 est typiquement fixée sur un support 16 avantageusement ajouré pour permettre le 3065615 5 passage d'un flux de fluide. La distance entre électrode polarisée 12 et électrode de terre 13 est maintenue par au moins une entretoise 17. De FR 2818451, il est connu de former une telle électrode de terre avec un cylindre, sensiblement centré sur l'électrode polarisée, de forte hauteur afin d'entourer 5 l'électrode polarisée sur toute sa longueur. Une cellule 11 selon l'invention est améliorée en ce que le cylindre 14 est conformé de manière à présenter un profil bas. Ceci signifie que la hauteur du cylindre 14 est négligeable devant son diamètre. De plus l'électrode polarisée 12 est conformée suffisamment courte, de manière à ne pas pénétrer dans le cylindre 14. 10 Le flux de fluide à ioniser au moyen de la cellule 11 est sensiblement vertical relativement à la figure 1. La réduction combinée de la hauteur du cylindre 14 et de la longueur de l'électrode polarisée 12 permet avantageusement de drastiquement réduire la hauteur hors tout de la cellule 11, puisque l'électrode de terre 13, beaucoup moins haute peut 15 être rapprochée de l'électrode polarisée 12, elle-même raccourcie. Ceci permet avantageusement de réaliser une cellule 11, ou tout système basé sur une telle cellule 11, tel un réacteur plasma 30, présentant une épaisseur et donc un encombrement global, dans le sens du flux de fluide, nettement réduit. Le fait de conserver l'électrode polarisée 12 hors du cylindre 14 permet de 20 conformer le plasma sensiblement selon une forme de cône très aplati, sensiblement transverse au flux de fluide, favorisant une bonne ionisation. Ainsi selon un mode de réalisation, pour une distance d entre la pointe de l'aiguille et le film poreux, et un diamètre de cylindre compris entre 2d et 5d, avec un optimum à 3d, l'angle d'ouverture du cône de flux ionique est compris entre 136° et 25 112°. Selon une autre caractéristique, toujours illustrée à la figure 1, le film poreux 15 est disposé, relativement à l'électrode de décharge 12, du côté opposé au cylindre 14. Ceci est avantageux pour la forme du plasma/flux ionique. De plus ceci simplifie la fabrication, un film poreux 15 continu pouvant être déposé derrière le cylindre 14, alors même que le film poreux 15 n'est visible de l'électrode polarisée 12 que dans 3065615 6 l'ouverture circulaire intérieure délimitée par le cylindre 14. Selon un autre aspect, plus particulièrement illustré à la figure 2, l'invention concerne encore une configuration avantageuse, où deux cellules 11,21 sont assemblées symétriquement (selon une configuration tête-bêche). Aussi, l'invention concerne un 5 élément dual 10 plasma à effet corona comprenant une première cellule 11 plasma à effet corona et une deuxième cellule 21 plasma à effet corona. La première cellule 11 comprend une première électrode polarisée 12 et une première électrode de terre 13, disposée en regard de la première électrode de polarisée 12. La deuxième cellule 21 comprend une deuxième électrode polarisée 22 et une deuxième électrode de terre 23, - / 0 disposée en regard de la deuxième électrode polarisée 22. Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la figure 3, la première électrode polarisée 12 et la deuxième électrode polarisée 22 sont reliées à un même premier potentiel 8 et la première électrode de terre 13 et la deuxième électrode de terre 23 sont reliées à un même deuxième potentiel 9, différent du premier potentiel 15 8. Les signes des premier et deuxième potentiels 8,9 peuvent être quelconques. Cependant il est connu que l'ionisation obtenue par effet corona est plus efficace lorsque l'électrode polarisée est reliée à un potentiel négatif (on parle alors d'électrode de décharge). Aussi, préférentiellement le premier potentiel 8 est négatif et le deuxième 20 potentiel 9 est la masse. Il a été trouvé qu'une disposition de la première cellule 11 et de la deuxième cellule 21 symétrique (de préférence en configuration tête-bêche), présentaient de nombreux avantageux non évidents. D'autres avantages sont encore obtenus avec une même polarisation des deux cellules 11,21. 25 Le fait de doubler les cellules 11,21, permet d'améliorer fortement l'efficacité obtenue. En outre, il a été démontré que la durée de vie d'un élément dual 10 est considérablement augmentée relativement à une cellule unique 11. En effet, un effet préjudiciable d'une cellule corona est que son électrode polarisée 12,22 précipite des cristaux diélectriques qui, isolant peu à peu ladite électrode polarisée 12,22, réduisent 30 l'efficacité de la cellule 11,21. Le fait d'utiliser deux cellules au lieu d'une a permis de considérablement améliorer l'espérance de vie du réacteur 30. 3065615 7 La première cellule 11, présentant une orientation opposée de celle de la deuxième cellule 21, leur effets ionisants se combinent et se complètent, permettant ainsi d'augmenter l'effet ionisant global. L'orientation opposée, permet encore avantageusement d'appliquer une même 5 polarisation aux deux cellules 11,21. Ces deux caractéristiques d'orientation et de polarisation combinées, permettent avantageusement de fixer la première électrode polarisée 12 sur un premier support 16 et la deuxième électrode polariée 22 sur un deuxième support 26. Avantageusement, ces deux supports 16,26 peuvent être un unique support 36 commun, les électrodes 10 polarisées 12,22 étant supportées respectivement chacune par une face du support 36. Ceci permet avantageusement, la polarité de la première électrode polarisée 12 et de la deuxième électrode polarisée 22 étant la même (préférentiellement négative), d'utiliser un connecteur commun, ainsi qu'une source de potentiel commune, pour polariser ces deux électrodes polarisée 12,22. Cette structure est donc particulièrement 15 économique et avantageuse. Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux, le support commun 36 peut être conducteur et être connecté à la première électrode polarisée 12, à la deuxième électrode polarisée 22 et au premier potentiel 8. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le support commun 36 comprend 20 un circuit imprimé 36 comprenant au moins une piste conductrice 31 connectée à la première électrode polarisée 12, à la deuxième électrode polarisée 22 et au premier potentiel 8. La polarisation d'un dispositif plasma à effet corona nécessite une différence de potentiel importante, entre électrode polarisée et électrode de terre, laquelle différence 25 de potentiel est de l'ordre de plusieurs milliers de volts. Aussi le premier potentiel 8 est très élevé et pourrait s'avérer vulnérant pour un opérateur. La configuration selon l'invention assure avantageusement un confinement de ce premier potentiel 8 au milieu de l'élément dual 10. Le premier potentiel 8 élevé est ainsi hors de portée d'un opérateur. Un tel élément dual 10, et donc un réacteur 30 construit sur la base d'un tel 30 élément dual 10, présentent une conformation naturellement sécuritaire au regard de ce risque électrique. 3065615 8 Le support 16,26 étant un circuit imprimé 36, le premier potentiel 8 étant distribué au sein du support au moyen d'une piste conductrice 31, avantageusement disposée dans ledit circuit imprimé 36, selon une autre caractéristique, une électrode polarisée 12,22, sensiblement en forme d'aiguille, est avantageusement assemblée sur le support 5 16,26 au moyen d'un via 33 percé dans le circuit imprimé 36. Ceci permet avantageusement une fixation de l'électrode polarisée 12,22 au moyen d'une soudure. Avantageusement, le via 33 est métallisé et percé dans une piste conductrice 31. Le perçage est tel qu'il assure la connexion électrique Ainsi la fixation de l'électrode polarisée 12,22 dans le via 33 de manière connectée assure la connexion entre 10 l'électrode polarisée 12,22 et le premier potentiel 8. Ceci permet un mode de réalisation simple de la fixation et de la connexion de l'électrode polarisée 12,22. Le circuit imprimé 36 étant disposé en travers du flux de fluide est avantageusement ajouré afin de permettre le passage de ce flux de fluide. Selon un mode de réalisation, au moins un jour 38 est réalisé à cette fin. Afin de maximiser le 15 passage de fluide au travers, ledit au moins un jour 38 peut recouvrir la totalité de la surface du circuit imprimé 36 à l'exclusion d'au moins une bande étroite ménagée autour de ladite au moins une piste conductrice 31. Un mode de réalisation d'un circuit imprimé 36 destiné à un réacteur plasma selon cette caractéristique est illustré à la figure 8. 20 Dans la description qui précède, la position relative de la première électrode polarisée 12 et de la deuxième électrode polarisée 22 était quelconque. Selon une autre caractéristique avantageuse, telle qu'illustrée aux figures 1-6, la première électrode polarisée 12 et la deuxième électrode polarisée 22 sont axialement alignées. Ceci permet avantageusement de les réaliser de matière, une unique aiguille à deux pointes formant 25 simultanément deux électrodes polarisées 12,22. Ceci permet encore avantageusement de fixer les deux électrodes polarisées 12,22 simultanément dans un même via 33 traversant, en une seule opération. Dans un élément dual 10, les deux cellules 11,21 peuvent être de types quelconques. Selon un mode de réalisation avantageux, la première cellule 11, la 30 deuxième cellule 21, ou les deux sont une cellule selon l'invention, telle qu'illustrée à la figure 1, soit une cellule avec un cylindre 14 présentant un profil bas. Les figures 4-6 3065615 9 illustrent une configuration avec deux telles cellules identiques. Sur la base d'une cellule 11 ou d'un élément dual 10 selon l'un des modes de réalisation précédents, il est possible de construire un réacteur plasma 30. Le principe connu d'un réacteur plasma est de juxtaposer, selon un arrangement côte à côte, dans un 5 plan perpendiculaire au flux de fluide, une pluralité de dispositifs plasma à effet corona. Ceci permet d'augmenter à volonté la section et donc le débit de fluide pouvant traverser le réacteur plasma 30. Selon un autre aspect de l'invention, un réacteur plasma 30 juxtapose des dispositifs qui sont des cellules 11, selon l'un des modes de réalisation précédents, ou / 0 des éléments duaux 10 selon l'un des modes de réalisation précédents. Un tel réacteur plasma 30, basé sur un élément dual 10 comprenant deux cellules 1 à cylindre 4 bas profil, est illustré aux figures 6 et 7. La réalisation d'un tel réacteur plasma 30 est simplifiée par les choix retenus pour la réalisation d'une cellule 11 ou d'un élément dual 10 Ainsi, tel qu'illustré à la figure 15 6, un circuit imprimé 36 central sert de support sur ses deux faces aux deux séries d'électrodes polarisées 32. Il assure de plus au moyen de pistes conductrices 31 la connexion de ces électrodes polarisées 32 au premier potentiel 8 (de préférence négatif). Une série, respectivement deux séries, d'entretoises 37 éloigne(nt) et supporte(nt) une plaque, respectivement deux plaques, 34 percée(s) de cylindres et une plaque, 20 respectivement deux plaques, 35 de film poreux. Les plaques 34,35 sont avantageusement métalliques afin d'être conductrices et reliées au deuxième potentiel 9. L'arrangement des dispositifs 1,10 au sein d'un réacteur plasma 30 peut être quelconque. Cependant il est recherché une optimisation tant de la fonction d'ionisation que du volume occupé. Aussi la densité de cellule 11/éléments duaux 10 est 25 avantageusement importante. L'empreinte dans le plan d'une cellule 11 ou d'un élément dual 10 comprenant un cylindre 14,24 est circulaire. Aussi un arrangement hexagonal ou en quadrillage, par exemple carré, est avantageux. La figure 8 illustre un mode de réalisation possible d'un circuit imprimé 36 adapté à tel un arrangement en quadrillage carré. Ce circuit imprimé 36 comprend un réseau, 30 par exemple rectangulaire de pistes conductrices 31. Ces pistes sont avantageusement noyées dans l'épaisseur isolante du circuit imprimé 36. Elles sont électriquement reliées 3065615 10 au premier potentiel 8. Selon un arrangement sensiblement en quadrillage carré, sont percés des vias 33, dans lesquels sont installées les électrodes polarisées 12,22,32. Le circuit imprimé 36 est découpé de jours 38 occupant une surface maximale afin de maximiser la section de passage de fluide. Cette surface maximale est juste restreinte 5 par l'épargne d'une bande étroite autour des pistes 31. Des trous 39 sont ménagés, avantageusement sans connexion électrique, de manière spatialement répartie, pour permettre une fixation des entretoises 17,27,37, avantageusement réalisées en matériau isolant. REVENDICATIONS1. Une cellule (11) plasma à effet corona comprenant une électrode polarisée (12) sensiblement en forme d'aiguille et une électrode de terre (13), disposée en regard de l'électrode polarisée (12), comprenant un cylindre (14) sensiblement centré sur l'électrode polarisée (12) et un film poreux (15) sensiblement plan perpendiculaire à l'électrode polarisée (12), caractérisé en ce que le cylindre (14) présente un profil bas et l'électrode polarisée (12) ne pénètre pas dans le cylindre (14). 2. La cellule (11) selon la revendication 1, où le film poreux (15) est disposé, relativement à l'électrode polarisée (12), du côté opposé au cylindre (14). 3. Un élément dual (10) plasma à effet corona comprenant une première cellule (11) plasma à effet corona comprenant une première électrode polarisée (12) et une première électrode de terre (13), disposée en regard de la première électrode polarisée (12), une deuxième cellule (21) plasma à effet corona comprenant une deuxième électrode polarisée (22) et une deuxième électrode de terre (23), disposée en regard de la deuxième électrode polarisée (22), caractérisé en ce que la première cellule (11) et la deuxième cellule (21) sont disposées symétriquement, de préférence tête-bêche. 4. L'élément dual (10) selon la revendication 3, où la première électrode polarisée (12) et la deuxième électrode polarisée (22) sont reliées à un même premier potentiel (8) et la première électrode de terre (13) et la deuxième électrode de terre (23) sont reliées à 20 un même deuxième potentiel (9), différent du premier potentiel (8). 5. L' élément dual (10) selon la revendication 4, où le premier potentiel (8) est négatif et le deuxième potentiel (9) est la masse. 6. L'élément dual (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, où la première électrode polarisée (12) et la deuxième électrode polarisée (22) sont 25 sensiblement en forme d'aiguille et sont supportées par un support conducteur connecté à la première électrode polarisée (12), à la deuxième électrode polarisée (22) et au 3065615 12 premier potentiel (8). 7. L'élément dual (10) selon la revendication 6, où le support conducteur comprend un circuit imprimé (36) comprenant au moins une piste conductrice (31) connectée à la première électrode émettrice (12), à la deuxième électrode émettrice (22) et au premier 5 potentiel (8). 8. L'élément dual (10) selon la revendication 7, où une électrode polarisée (12,22) est disposée dans un via métallisé (33) percé dans ladite au moins une piste conductrice (31). 9. L'élément dual (10) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, où le 10 circuit imprimé (36) comprends des jours (38), préférentiellement en totalité à l'exclusion d'une bande étroite ménagée autour de ladite au moins une piste conductrice (31). 10. L'élément dual (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, où la première électrode polarisée (12) et la deuxième électrode de décharge (22) sont 15 axialement alignées, et sont préférentiellement réalisées de matière. 11. L'élément dual (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, où l'une au moins parmi la première cellule (11) et la deuxième cellule (21), est une cellule selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2. 12. Un réacteur plasma (30) comprenant une pluralité de dispositifs plasma à effet corona disposés côté à côte selon un arrangement sensiblement plan, caractérisé en ce que les dispositifs sont des cellules (11) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, ou les dispositifs sont des éléments duaux (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 11. 13. Le réacteur plasma (30) selon la revendication 12, où l'arrangement est un 25 quadrillage sensiblement carré.