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La présente invention est relative à une électrode
pour appareils génerateurs d'ozone du type tubulaire.
Les appareils générateurs d'ozone du type tubulaire
comportent un certain nombre d'éléments disposés en parallele
et constitués généralement d'un tube diélectrique en verre
revêtu intérieurement d'une couche metallique conductrice et
place coaxialement dans un cylindre métallique, une distance
constante appelee intervalle de decharge etant menagee entre
les deux tubes.
Le tube dielectrique est un cylindre de verre d'epais-
seur constante ferme a l'une de ses extremites par un fond en
forme de calotte spherique ou de cône ou encore par un fond plat
tandis qu'il est ouvert a sont autre extremite, la couche metal-
lique se terminant a une certaine distance de cette extremité
qui peut présenter une forme ondulée destinée a allonger la
portion isolante du tube de verre.
Cet ensemble forme un condensateur a deux diélectriques,
l'un solide : le verre, l'autre gazeux : l'intervalle dit de
décharge et dont les armatures sont le métal depose sur la
surface interne du tube de verre et le tube metallique qui
l'entoure.
Pans ce type d'appareil, il est convenu d'appeler
" electrode haute tension" l'ensemble tube de verre et revête- :
ment metallique interne et " electrode basse tension" ou " elec- .
trode de masse" le tube metallique qui l'entoure.
Selon une realisation de l'art anterieur, l'électrode :
" haute tension" est reliée par l'intermediaire d'un connecteur
métallique en forme de balai a la borne haute tension d'une
source de courant alternatif dont lafrequence peut être indif-
féremment celle du secteur ou toute autre comprise dans lagamme des moyennes ou hautes fréquences, c'est-a-dire environ
entre 50 et 5000 Hz, et dont la borne basse tension est reliée
~, ....
;,~, - 1 ~G~
g~
.
37'~
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à la terre. L'electrode " basse ten~.ion" est également mise
au potentiel de la terre par l'intermédiaire de la masse de
l'ozoneur.
On fait circuler en permanence un courant d'air ou .
d'oxygène dans l'intervalle de décharge et sous l'effet du
potentiel élevé appliqué à l'électrode ha~te tension, il se
/ produit à partir d'une tension déterminée un phénomème d'effluve
qui provoque la transformation en ozone d'une partie de l'oxygène
contenu dans l'intervalle de décharge.
Pour un appareil de ce type la production d'ozone
est bien entendu pour un débit de ~ ion
constante et pour un intervalle de.
, .
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décharge donné une fonction croissante de la tension que l'on
peut appliquer entre les électrodes. La valeur maximale de cette
tension se trouve, lorsque des électrodes haute tension c1assiques
telles que décrites sont utilisées, limitée a une valeur inférieure
a celle que l'on pourrait théoriquement envisager. En effet,
a partir d'une certaine valeur de potentiel appliqué a l'électrode
haute tension, aux points de concentration des lignes de force
du champ électrique qui en dérive, se produisent des phenomenes
parasites bien connus en électrostatique sous le nom de "effets
de pointe" et qui se traduisent par l'émission d'etincelles connues
sous le nom d'aigrettes.
L'apparition de ces aigrettes implique une diminution
du rendement de l'ozoneur, car ces etincelles ne contribuent pas
a la formation d'ozone. De plus, une telle concentration d'énergie
peut entrainer des détériorations locales des matériaux et donner
naissance a un court-circuit interdisant le fonctionnement de
l'appareil au dela d'une certaine différence de potentiel, par
exemple 20.000 V.
Dans les appareils générateurs d'ozone tubulaires
tels que décrits, ce phénomene apparait a l'extrémité ouverte de
l'électrode haute tension au niveau de l'arrêt de la couche de
métallisation interne du tube diélectrique de verre, les départs
d'étincelles se produisant entre l'extrémité de cette couche métal-
lique et l'électrode de masse.
Il a été propos~ pour reculer le seuil de potentiel
d'apparition de l'effet de pointe, de disposer a l'intérieur du
tube de verre une bague métallique prolongeant la couche métallique
conductrice et s'incurvant en dirigeant sa concavite vers l'inté-
rieur du tube de telle sorte que l'extrémité de la partie conduc-
trice se trouve ainsi éloignée de l'électrode "basse tension".Le phenomene d'aigrettage ne peut alors apparaître que pour une
tension appliquée superieure a celle l'induisant en l'absence de
cette bague.
- 2 -
... . . .
.~ ' ' ' ' ' . .
~:L1137'7
On a maintenant trouvé qu'au moyen de l'électrode selon
l'invention il est possible de supprimer efficacement l'aigrettage.
Le dispositif pour la génération d'ozone selon l'inven-
tion comprend une electrode tubulaire exterieure pouvant être
connectee à une première borne d'une source de haute tenslon al-
ternative; un tube dielectrique place à l'interieur de l'electrode
tubulaire exterieure et à une certaine distance de celle-ci pour
former un intervalle de décharge, ce tube dielectrique ayant
une extrémité ouverte et une extrémité fermée; une couche élec-
triquement conductrice couvrant la majeure partie de la surface
interieure du tube dielectrique; une calotte électriquement con-
ductrice placée en contact avec ladite couche à proximlté de
l'extrémité ouverte du tube diélectrique, cette calotte presen-
tant une partie partiellement spherique et une partie conique
dans le prolongement de la partie partiellement spherique, cette
partie presentant une surface concave fermée essentiellement con-
tinue et sans interruption en face de l'intérieur du tube dié-
lectrique, et des moyens pour connecter ladite partie partielle-
ment spherique à une seconde borne de la source de haute tension
alternative, de sorte que la calotte et la couche electriquement
conductrice forment une electrode interieure, et lorsque une
tension est appliquee entre les électrodes interieure et exteri-
eure, un gaz contenant de l'oxygène passant dans l'intervalle de
decharge est transforme en ozone au moyen d'une decharge silen-
cieuse.
Selon une caracteristique préférée de l'invention, la
calotte est amovible et possède sur son côté ouvert une partie
cylindrique munie de fentes qui s'emboite dans l'armature métal-
lique.
Dans le cas d'une electrode haute tension classique d'un
appareil generateur d'ozone du type tubulaire, électrode dont
l'armature est constituee par une couche métallique conductrice
.
~ 3 -
~ 13 1137'7
revêtant l'intérieur du tube dielectrique de verre, on peut, sui-
vant l'invention, assurer la continuite de cette armature et de
la calotte sphéro-cônique au moyen d'un cylindre métallique ouvert
raccordé sans discontinuité à la partie cônique. La forme de la
calotte est concue de façon à ce qu'elle épouse le plus fidèle-
ment possible les surfaces equipotentielles qui s'etablissent -
après l'application de la haute tension entre les electrodes de
l'ozoneur, dans l'espace avoisinant l'extrémité de l'armature
métallique qui est tournée vers le côté ouvert du tube diélectri-
que.
Ces surfaces équipotentielles peuvent être calculées de
façon connue selon la théorie de Theodore Lehmann.
- On determine la longueur de la partie cônique et le rayon
de la partie spherique de façon à éviter toute concentration de
lignes de force. Ce cylindre ainsi qu'une partie de l'élément
sphéro-cônique sont fendus suivant un certain nombre de leurs
génératrices de façon à former une série de lamelles de dimensions
; identiques qui grâce à leur elasticite maintiennent la calotte
en contact avec la couche metallique et assurent la continuite
.
de l'armature qui se referme ainsi sur elle-même.
Afin d'obtenir un champ electrique homogène à l'inte-
rieur de la calotte sphero-cônique l'espace entre les lamelles
doit être maintenu assez étroit. Dans la pratique,il s'avère que
la largeur maximale des fentes est de 4,5 mm, tandis que le nombre
de lamelles a peu d'importance à condition qu'un bon contact
entre le revêtement métallique et la calotte soit assuré.
La calotte est réalisee de preference en metal soigneu-
sement poli, préalablement traite de façon à avoir une bonne elas-
ticite; son epaisseur est de quelques dixièmes de millimètres.
Comme metaux, on peut utiliser tous ceux qui resistent à l'action
corrosive de l'ozone, tels que l'acier inoxydable, l'aluminium
et le titane.
~'
3a
.. . .. . . :
~1~137'7
Le résultat principal obtenu pa,r ~a,mise en oeuvre
de l'electrode selon llinvention est la suppression du pheno-
mène d'aigrettage : en effet, la presente electrode definissant
au niveau de son armature un champ homogène dû à la geometrie
de la partie terminale de cette armature se presentant sous la
forme d'une surface fermée, sans aspérité, sans discontinuité,
et rendant ainsi impossible toute accumulation de charges élec-
triques, permet la suppression totale du phénomène d'aigrettage
et ce pour des tensions de fonctionnement voisines de la ten-
sion maximale théorique.
L'utilisation de la présente electrode permet enoutre de supprimer les balais utilises habituellement pour relier
la couche metallique revêtant l'interieur du tube dielectrique
d'une electrode classique a la source de haute tension puisque,
suivant l'invention, le sommet de la surface fermee de l~arma-
ture de la nouvelle electrode est raccorde directement a cette
source de haute tension.
Un autre resultat important est d'ordre economique
puisque la realisation d'un champ electrique plus homogène et
mieux reparti que dans le cas d'une électrode classique permet
la suppression de la partie ondulée du tube diélectrique et la
diminution de la longueur de la portion isolante de ce tube.
On a ainsi réalisé et fait fonctionner une electrode suivant
l'invention comportant un tube diélectrique de verre dont la
portion isolante ne comportait pas d'ondulations et avait une
longueur réduite de 9 cm au lieu de 18 cm habituellement.
Les figures jointes permettront de mieux comprendre
l'invention.
- La figure (1) represente une electrode haute tension
classique disposée coaxialement à l'interieur d'une electrode de
masse cylindrique.
La figure (2) represente une electrode haute tension
X 4
. .
37'~'
,, ~
selon l'invention disposee.egalem.ept c.oa,x,iale~en,t d,a,p.s une
electrode de masse.
La figure (3) represepte une vue en perspective de
la calotte selon l'invention..
La figure 1 montre une.électrode haute.tens,ion,clas-
sique constituée d'un tube diélectrique de verre ~ ferme à
sont extremite 2 et ouvert à.l'autre extremite:3 qui comporte
des ondulations 4 et une armature interne constituee par un
revêtement metallique conducteur 5 qui s'etend jusqu'à une
certaine distance de l'extremite du tube, de façon à menagex
une longueur suffisante d'isolation avec l'electro~.e de masse
6. Cette electrode de masse est constituee par un tube m~etal-
lique co-axial à l'electrode haute tension, la di.stance entre
les deux electrodes definissant un intervalle de decharge 7.
L'armature 5 de l'électrode haute tension, est reliée
à une source de haute tension par l'intexmédia,ire dlun b.alai 8.
L'électrode de masse est mise au potentiel de la terre.
La figure 2 montre une electrod,e haute tensiop sui-
vant l'invention constituée d'un tube de verxe 9 fermé à son
extrémité 10 et ouvert à l'autre extrémité 11 comportant une
armature interne constituée dans sa première partie 12 par un
revêtement metallique conducteur et dans sa partie d'extremite
13 par une surface fermee sphero-cônique dont le sommet est
relie par l'intermediaire du connecteur 14 à la source de haute
tension.
Comme dans la configuration classique, cette electrode
haute tension est entouree d'une electrode de masse 15, la
distance entre les deux electrodes definissant un intervalle de
decharge 16.
La figure 3 montre en perspective la partie terminale
de l'armature de l'electrode haute tension. Celle-ci comporte
une partie cylindrique 17 et une partie sphero-cônique 18, le
.~ _ 5 _
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raccordement de ces deux parties présentant une arête ar~ondie
19 pour éviter toute concentration de lignes de force. Le
cylindre 17 et en partie le cône 20 montrent des incisions
suivant un certain nombre de génératrices pour former une serie
de lamelles 21 de dimesions identiques et dont le nombre et la
repartition sont déterminés en fonction des paramètres du
champ électrique.
Le sommet de la sphere est conçu pour recevoir un
moyen de raccordement 22 a la source de haute tension.
L'invention sera décrite plus en détail dans l'exem-
ple de réalisation non limitatif suivant.
Exemple
On utilise un appareil générateur d'ozone tubulaire
de type connu comportant 7 électrodes de masse identique et 7
électrodes haute tension de même diametre dont 5 sont du type
classique et les deux autres correspondent a l'invention.
Ces dernieres sont chacune constituée d'un tube de
verre cylindrique dont le diametre extérieur est de 74,2 mm
et l'épaisseur de 1,6 mm, une de ses extrémités étant ouverte
et l'autre fermée. L'armature a l'intérieur du tube est consti-
tuée d'une couche d'aluminium, prolongée du côte de l'extremite
ouverte du tube par une calotte sphéro-cônique en acier inoxyda-
ble de caractéristiques suivantes : diamètre de la sphère 50,8 mm,
diametre de la grande base du tronc de cône : 73,6 mm, longueur
de la partie cônique : 42 mm. La continuité de l'armature est
assurée par un cylindre de contact de 40 mm de longueur prolon- -
geant le tronc de cône. Les fentes s'étendent sur toute la lon-
gueur de la partie cylindrique et sur deux tiers de longueur de
la partie c8nique. Ii y a 22 fentes identiques d'une largeur
de 3 mm.
On applique une tension alternative de 50 Hz aux
électrodes d'une valeur efficace de 14 k~ qu'on fait ensuite
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., : , : . .
~iiL1377
monter à 24 kV. A partir de 16 kY on observe un léger aigret-
tage aux electrodes classiques. Sur les electrodes selon l'in-
vention par contre le phenomène d'aigrettage ne se produit même
pas à la tension efficace de 24 kV, correspondant à une tension
de crête de 40,8 kV.
....
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.
