Brevet FR3115180A1 — publié le 20220415

(Abrégé) Appareil de génération de plasma L’invention concerne un appareil pour générer un plasma via l’effet de décharge à cathode creuse transitoire. L’appareil comprend une chambre comprenant une entrée à travers laquelle le gaz peut entrer dans la chambre et une sortie à travers laquelle le gaz peut sortir de la chambre, une électrode de cathode disposée dans la chambre, l’électrode de cathode comprenant une pluralité de cathodes creuses, une électrode d’anode espacée de la cathode, une alimentation électrique et un dispositif de commande d’alimentation électrique configuré pour réduire un niveau d’énergie de l’énergie électrique en dessous d’un niveau requis pour maintenir le plasma au niveau de la pluralité de cathodes creuses, après un claquage électrique. Chaque cathode creuse comprend un trou traversant l’épaisseur à travers lequel le gaz peut passer d’un côté de l’électrode de cathode à un autre côté de l’électrode de cathode. Un appareil modulaire est également décrit, comprenant une pluralité de modules de réacteur à plasma agencés en série et/ou en parallèle. Appareil de génération de plasma (Domaine technique) La présente invention concerne un appareil pour générer un plasma. Plus particulièrement, des modes de réalisation de la présente invention concernent un appareil pour générer un plasma via l’effet de décharge à cathode creuse transitoire. (Contexte) Diverses formes d’appareil pour générer un plasma sont connues dans la technique et ont une large gamme d’applications. Un plasma est un état de la matière distinct de l’état solide, liquide ou gazeux, et comprend un mélange d’électrons libres et un gaz d’ions chargés positivement. Les propriétés chimiques et physiques uniques du plasma peuvent trouver une utilisation dans de nombreuses applications différentes, telles que le traitement de la surface d’un matériau pour obtenir une propriété souhaitée telle que l’hydrophobicité ou l’élimination de contaminants des surfaces d’objets physiques. L’invention est réalisée dans ce contexte. (Brève description des dessins) Des modes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits, à titre d’exemple uniquement, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 illustre une vue en coupe transversale à travers un appareil pour générer un plasma, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La figure 2 illustre une partie d’une électrode de cathode comprenant une pluralité de cathodes creuses, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La illustre une électrode de cathode comprenant une pluralité de cathodes creuses agencées en groupes connectés par des voies électriquement conductrices respectives, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La illustre une première plaque d’écoulement de gaz disposée sur le côté entrée de l’électrode de cathode, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La illustre une deuxième plaque d’écoulement de gaz disposée sur la première plaque d’écoulement de gaz, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La illustre un couvercle latéral d’entrée disposé sur la deuxième plaque d’écoulement de gaz, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La illustre une troisième plaque d’écoulement de gaz disposée sur le côté sortie de l’électrode de cathode, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La illustre une électrode d’anode disposée face au côté sortie de l’électrode de cathode, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La illustre un couvercle latéral de sortie disposé sur la troisième plaque d’écoulement de gaz et l’électrode d’anode, selon un mode de réalisation de la présente invention ; [fig.10, 11] La figure 10 illustre un appareil modulaire comprenant une pluralité de modules de réacteur à plasma agencés en série, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La figure 11 illustre un appareil modulaire comprenant une pluralité de modules de réacteur à plasma agencés en parallèle et en série, selon un mode de réalisation de la présente invention ; [fig.12, 13] La figure 12 illustre un dispositif de commande d’alimentation électrique selon un mode de réalisation de la présente invention ; La figure 13 illustre un appareil comprenant une couche électriquement isolante disposée entre l’électrode d’anode et l’électrode de cathode, selon un mode de réalisation de la présente invention ; [fig.14, 15, 16, 17] La figure 14 illustre une vue en coupe transversale à travers un appareil pour générer un plasma dans lequel le gaz entre dans l’appareil du même côté que l’électrode d’anode, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La figure 15 illustre un circuit pour fournir de l’énergie électrique à un appareil pour générer un plasma, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La figure 16 illustre une cathode creuse comprenant une surface conductrice du côté entrée de l’électrode de cathode avec une surface conductrice interne qui s’étend sur une partie du chemin à travers la cathode creuse, selon un mode de réalisation de la présente invention ; La figure 17 illustre une cathode creuse comprenant une surface conductrice du côté entrée de l’électrode de cathode sans aucune surface conductrice à l’intérieur du trou traversant, selon un mode de réalisation de la présente invention ; et La illustre une vue en coupe transversale à travers un appareil pour générer un plasma dans lequel l’entrée et la sortie sont disposées du même côté de l’électrode de cathode, selon un mode de réalisation de la présente invention. Appareil pour générer un plasma via l’effet de décharge à cathode creuse transitoire, l’appareil comprenant : une chambre comprenant une entrée à travers laquelle le gaz peut entrer dans la chambre et une sortie à travers laquelle le gaz peut sortir de la chambre ; une électrode de cathode disposée dans la chambre, l’électrode de cathode comprenant une pluralité de cathodes creuses comprenant chacune un trou traversant l’épaisseur à travers lequel le gaz peut passer d’un côté de l’électrode de cathode à un autre côté de l’électrode de cathode, dans lequel l’appareil est configuré de manière à définir une voie d’écoulement de gaz passant de l’entrée à la sortie à travers la pluralité de trous traversant l’épaisseur de cathode creuse ; une électrode d’anode espacée de la cathode ; une alimentation électrique connectée électriquement à l’électrode d’anode et à l’électrode de cathode pour fournir de l’énergie électrique afin de générer un plasma au niveau de la pluralité de cathodes creuses ; et un dispositif de commande d’alimentation électrique configuré pour réduire un niveau d’énergie de l’énergie électrique en dessous d’un premier niveau d’énergie requis pour maintenir le plasma au niveau de la pluralité de cathodes creuses, après un claquage électrique. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de commande d’alimentation électrique est configuré pour réduire le niveau d’énergie en arrêtant la fourniture d’énergie électrique à la cathode et l’anode. Appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le dispositif de commande d’alimentation électrique est configuré pour réduire le niveau d’énergie après un claquage électrique en fournissant l’énergie électrique à un niveau supérieur ou égal au premier niveau d’énergie pendant une période de temps prédéterminée, dans lequel la période de temps prédéterminée est une période de temps suffisante pour qu’un claquage électrique se produise. Appareil selon la revendication 1 ou 2, comprenant : un moyen pour détecter une caractéristique indiquant la survenue d’un claquage électrique, dans lequel le dispositif de commande d’alimentation électrique est configuré pour réduire le niveau d’énergie de l’énergie électrique en dessous du premier niveau d’énergie en réponse à la caractéristique indiquant la survenue d’un claquage électrique détecté. Appareil selon la revendication 4, dans lequel la caractéristique comprend un changement de courant et/ou de tension. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de commande d’alimentation électrique est configuré pour commander la fourniture d’énergie afin de fournir de manière intermittente l’énergie électrique sous forme d’une séquence d’impulsions de tension, et est configuré pour régler une fréquence des impulsions de tension en fonction d’un débit de gaz à travers la chambre. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’entrée et la sortie sont disposées sur des côtés opposés de l’électrode de cathode. Appareil selon la revendication 7, dans lequel la chambre est configurée de sorte que le gaz ne peut s’écouler que d’un côté de l’électrode de cathode à l’autre via la pluralité de cathodes creuses. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’électrode d’anode est disposée sur un côté opposé de l’électrode de cathode à l’entrée. Appareil selon la revendication 9, dans lequel l’électrode d’anode est agencée de manière à former une barrière d’écoulement de gaz s’étendant à travers tout ou partie d’une face de l’électrode de cathode opposée à l’électrode d’anode, de sorte que le gaz sortant des cathodes creuses est dévié par l’électrode d’anode de manière à s’écouler latéralement à travers ladite face de l’électrode de cathode. Appareil selon la revendication 10, dans lequel une distance de séparation entre l’électrode d’anode et l’électrode de cathode est établie de sorte qu’une résistance à l’écoulement de gaz latéralement dans un espace entre l’électrode d’anode et l’électrode de cathode est inférieure à une résistance à l’écoulement de gaz à travers la pluralité de cathodes creuses, de sorte qu’une vitesse d’écoulement de gaz à travers la chambre dépend de la résistance à l’écoulement de gaz à travers la pluralité de cathodes creuses. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel une distance de séparation entre l’électrode d’anode et l’électrode de cathode est établie de sorte qu’une résistance à l’écoulement de gaz latéralement dans un espace entre l’électrode d’anode et l’électrode de cathode est supérieure à une résistance à l’écoulement de gaz à travers la pluralité de cathodes creuses. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant : une couche électriquement isolante ou semi-isolante disposée entre l’électrode d’anode et l’électrode de cathode, de manière à limiter une quantité d’énergie délivrée au plasma après un claquage électrique. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, en utilisation, l’appareil est capable de générer le plasma tandis que le gaz dans la chambre est à la pression atmosphérique. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de cathodes creuses sont agencées en une pluralité de groupes de cathodes creuses et l’électrode de cathode comprend une pluralité de voies électriquement conductrices, chacune desdites voies électriquement conductrices reliant les cathodes creuses à l’intérieur d’un groupe les unes aux autres pour fournir l’énergie électrique audit groupe de cathodes creuses, et dans lequel les cathodes creuses de groupes voisins sont espacées les unes des autres par une région électriquement isolante. Appareil selon la revendication 15, dans lequel la pluralité de cathodes creuses sont agencées en une pluralité de rangées sur l’électrode de cathode, dans lequel un groupe comprend une pluralité de cathodes creuses sur une rangée et un groupe voisin comprend une pluralité de cathodes creuses sur une rangée adjacente. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une surface interne de chaque cathode creuse comprend un revêtement d’un matériau toxique pour les échantillons biologiques. Appareil selon la revendication 17, dans lequel le matériau comprend de l’or, de l’argent, du palladium et/ou du cuivre. Appareil modulaire comprenant : une pluralité de modules de réacteur à plasma comprenant chacun l’appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes. Appareil modulaire selon la revendication 19, dans lequel deux ou plus des modules de réacteur à plasma sont connectés en série de sorte que le gaz sortant de la sortie de l’un desdits modules de réacteur à plasma pénètre ensuite dans l’entrée du module suivant desdits modules de réacteur à plasma en série. Appareil modulaire selon la revendication 19 ou 20, dans lequel deux ou plus des modules de réacteur à plasma sont connectés en parallèle de manière à définir une pluralité de trajets d’écoulement de gaz à travers l’appareil modulaire de sorte que le gaz entrant dans l’appareil modulaire est divisé parmi la pluralité de trajets d’écoulement de gaz, et une partie dudit gaz s’écoulant le long de chacun des trajets d’écoulement de gaz doit uniquement traverser un module correspondant desdits modules de réacteur à plasma connectés en parallèle avant de sortir de l’appareil modulaire.