CA2195343A1 - Generateur d'ions positifs ou negatifs en milieu gazeux a surconfinement de plasma - Google Patents
Generateur d'ions positifs ou negatifs en milieu gazeux a surconfinement de plasmaInfo
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- CA2195343A1 CA2195343A1 CA002195343A CA2195343A CA2195343A1 CA 2195343 A1 CA2195343 A1 CA 2195343A1 CA 002195343 A CA002195343 A CA 002195343A CA 2195343 A CA2195343 A CA 2195343A CA 2195343 A1 CA2195343 A1 CA 2195343A1
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- H01T23/00—Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere
Abstract
L'invention concerne un générateur d'ions en milieu gazeux comportant au moins une aiguille émissive (Ag) disposée dans un système de plaques (P2, P4, P5) connecté à une source électrique haute tension (A1), une plaque isolante assurant la diffusion des électrons, et est caractérisé en ce que l'aiguille (Ag) comporte une gaine coaxiale (Gn) en un matériau diélectrique à forte résistivité, faible perte et permittivité relative élevée, prolongée par une première section proximale conique (Cp) en même matériau, laissant découverte l'extrémité émissive de l'aiguille, et elle-même prolongée par une structure distale conique ouverte (Cd) en même matériau que la gaine, en ce que ladite structure distale (Cd) est prolongée par une plaque (Pi) en même matériau que la gaine et constituant avec la structure conique distale (Cd) ladite plaque de diffusion des électrons et en ce que ladite plaque de prolongement (Pi) est fixée sous une plaque (P6) en matériau à très faible conductibilité électrique, susceptible de former une partie du boîtier extérieur du générateur. Application notamment à la dépollution/décontamination de locaux et à la protection des sites sensibles contre les charges statiques.
Description
GENERATEUR D'IONS POSITIFS OII NEGATIFS
EN MILIEU GAZEUX A SIIRCONFINEMENT DE PLASMA
La présente invention concerne les dispositifs électroniques du type "générateurs d'ions négatifs ou pos'_tifs". Ces dispositifs permettent de maintenir à
l'i.^.térieur d'une enceinte ou d'un local une densité ionique 5(pa= exemple d'ions Oxygène négatifs 02 dans l'air) de discribution homogèr-e ou localisée, permanente ou temporaire, préalablement déterminée et aussi élevée que nécessaire, en l'absence de toute production de composés agressifs ou tox'_aues (Ozone 03 et/ou oxydes d'Azote NOx entre autres).
Les dispositifs connus de ce genre reposent sur l'effet "couronne" (ou effet "de pointe"). Portée par exemple à une tension de -6 à -12 kV, une pointe métallique émet alors un flux d'électrons croissant rapidement (exponentiellement) avez la tension appliquée.
Les défauts connus de ces dispositifs, inhérents à leur structure émissive, en limitent toutefois sévèrement les performances, et plus particulièrement l'intérêt et les possibilités d'applications. En particulier, la configuration d'émission rudimentaire généralement adoptée entraîne pour conséauences inévitables :
- l'utilisation obligatoire de tensions très élevées (8 à'_`. kVOlts) indispensables à la production d'un flux ionique su'-'isant, mais difficiles à maîtriser voire dangereuses pour des applications courantes, - la valeur aléatoire du champ électrique existant au voisinage de la pointe émissive, - l'inconvénient pénalisant d'un rendement ionique médiocre,
EN MILIEU GAZEUX A SIIRCONFINEMENT DE PLASMA
La présente invention concerne les dispositifs électroniques du type "générateurs d'ions négatifs ou pos'_tifs". Ces dispositifs permettent de maintenir à
l'i.^.térieur d'une enceinte ou d'un local une densité ionique 5(pa= exemple d'ions Oxygène négatifs 02 dans l'air) de discribution homogèr-e ou localisée, permanente ou temporaire, préalablement déterminée et aussi élevée que nécessaire, en l'absence de toute production de composés agressifs ou tox'_aues (Ozone 03 et/ou oxydes d'Azote NOx entre autres).
Les dispositifs connus de ce genre reposent sur l'effet "couronne" (ou effet "de pointe"). Portée par exemple à une tension de -6 à -12 kV, une pointe métallique émet alors un flux d'électrons croissant rapidement (exponentiellement) avez la tension appliquée.
Les défauts connus de ces dispositifs, inhérents à leur structure émissive, en limitent toutefois sévèrement les performances, et plus particulièrement l'intérêt et les possibilités d'applications. En particulier, la configuration d'émission rudimentaire généralement adoptée entraîne pour conséauences inévitables :
- l'utilisation obligatoire de tensions très élevées (8 à'_`. kVOlts) indispensables à la production d'un flux ionique su'-'isant, mais difficiles à maîtriser voire dangereuses pour des applications courantes, - la valeur aléatoire du champ électrique existant au voisinage de la pointe émissive, - l'inconvénient pénalisant d'un rendement ionique médiocre,
2 =
- l'existence d'une zone de plasma étendue, créée à
l'extrémitê des pointes, favorisant une production intense des péroxydants déjà cités et nuisant par effet d'écran à l'intensité de l'émission ionique, - la dispersion dans l'atmosphère des composés toxiques ainsi produits, favorisée par le "vent e`lectrique"
résultant des très hautes tensions utilisées, - la directivité excessive de l'émission électronique, produisant une densitë ionique ambiante très inhomogène, - la quasi-obligation d'utiliser un "propulseur" ccûteux en énergie inutile, bruyant, sujet à usure (ventilateur, turbine....), cause de turbulences nuisibles de l'air (remise en suspension des polluants présents) et de gêne, exagérant encore la directivité du dispositif.
De tels défauts étaient largement atténués, et certains étaient supprimés dans les dispositifs munis de "l'optique électronique" selon les brevets FR-A-2 603 428 et FR-A-2 687 858. Toutefois subsistaient plusieurs défauts propres à
la configuration adoptée :
- amorçages difficilement évitables entre les aiguïlles éniettrices et la plaque de champ (connectée à la masse et au sol), dus au diamètre nécessairement limité des ouvertures de ladite plaque ("rabattement" maximum nécessaire de l'équipotentielle zéro), - capture inévitable, par la plaque de champ et les parois, des charges issues des aiguilles par effet couronne latéral (effluvage), entraînant une perte de rendement non négligeable, - limitation encore insuffisante du confinement du piasma, due au "rabattement" partiel de l'équipotentielle zéro, résultant du diamètre important des ouvertures de la plaque de champ, - capture excessive des charges émises par les parois du boîtier réduisant d'autant le rendement du dispositif.
Le disnositif nouveau suivant l'invention voit disparaitre les défauts relevés ci-dessus, et s'avére ainsi exempt des inconvénients précités. Le contrôle expérimental (mesures en cage de Faraday du débit global) d'une réalisation dudit dispositif nouveau permet de vérifier la disparition effective des défauts précités.
~
- l'existence d'une zone de plasma étendue, créée à
l'extrémitê des pointes, favorisant une production intense des péroxydants déjà cités et nuisant par effet d'écran à l'intensité de l'émission ionique, - la dispersion dans l'atmosphère des composés toxiques ainsi produits, favorisée par le "vent e`lectrique"
résultant des très hautes tensions utilisées, - la directivité excessive de l'émission électronique, produisant une densitë ionique ambiante très inhomogène, - la quasi-obligation d'utiliser un "propulseur" ccûteux en énergie inutile, bruyant, sujet à usure (ventilateur, turbine....), cause de turbulences nuisibles de l'air (remise en suspension des polluants présents) et de gêne, exagérant encore la directivité du dispositif.
De tels défauts étaient largement atténués, et certains étaient supprimés dans les dispositifs munis de "l'optique électronique" selon les brevets FR-A-2 603 428 et FR-A-2 687 858. Toutefois subsistaient plusieurs défauts propres à
la configuration adoptée :
- amorçages difficilement évitables entre les aiguïlles éniettrices et la plaque de champ (connectée à la masse et au sol), dus au diamètre nécessairement limité des ouvertures de ladite plaque ("rabattement" maximum nécessaire de l'équipotentielle zéro), - capture inévitable, par la plaque de champ et les parois, des charges issues des aiguilles par effet couronne latéral (effluvage), entraînant une perte de rendement non négligeable, - limitation encore insuffisante du confinement du piasma, due au "rabattement" partiel de l'équipotentielle zéro, résultant du diamètre important des ouvertures de la plaque de champ, - capture excessive des charges émises par les parois du boîtier réduisant d'autant le rendement du dispositif.
Le disnositif nouveau suivant l'invention voit disparaitre les défauts relevés ci-dessus, et s'avére ainsi exempt des inconvénients précités. Le contrôle expérimental (mesures en cage de Faraday du débit global) d'une réalisation dudit dispositif nouveau permet de vérifier la disparition effective des défauts précités.
~
3 A cet effet, l'invention a pour objet un générateur d'ions positifs ou négatifs en milieu gazeux, comportant une optique électronique constituée d'au moins une aiguille ou pointe émissive disposée dans un système de plaques de support et d'accélératior_, focalisation et diffusion des ions comprenant une première plaque conductrice sur laquelle est fixée l'extrémité non-émissive de l'aiguille, une seconde plaque conductrice traversée par ladite aiguille et munie, sur sa face tournée vers ladite première plaque conductrice, d'une plaque isolante, lesdites première et seconde plaques conductrices étant connectées à une source électrique haute tension appropriée et une plaque isolante agencée à hauteur de l'extrêmité émissive de l'aiguille et assurant la diffusion des électrons émis par l'aiguille, caractérisé en ce que l'aiguille comporte une gaine coaxiale en un matériau diélectrique à forte résistivité, faible perte et permittivité relative élevée, en ce que la partie de ladite gaine située du côté de l'extrémité émissive de l'aiguille est prolongée par une première section proximale conique en même matériau que la gaine et laissant découverte ladite extrémité émissive, en ce que ladite section proximale est prolongée par une structure distale conique ouverte en même matériau que la gaine, en ce que ladite structure conique distale est arolongée par une plaque en même matériau que la gaine et constituant avec la structure conique distale ladite plaque de diffusion des électrons et en ce que ladite plaque de prolongement est fixée sous une plaque en matériau à très faible conductibilité électrique, susceptible de former une partie du boîtier extérieur du générateur.
D'autres caractéristiques du dispositif de l'invention sont définies dans les revendications secondaires.
Le générateur de l'invention se caractérise donc d'une manière générale par un "gainage" complet de chacune des aiguilles émettrices, prolongé par une structure d'émission adapcive, ensemble constitué par un diélectrique à forte résistivité et faibles pertes, de permittivité relative élevée, associé à une rëorganisation des éléments de l'optique électronique. Ce gainage, cette structure adaptative et la réorganisation de l'otique électronique WO 96/02966 PC7'IFR95100978 =
D'autres caractéristiques du dispositif de l'invention sont définies dans les revendications secondaires.
Le générateur de l'invention se caractérise donc d'une manière générale par un "gainage" complet de chacune des aiguilles émettrices, prolongé par une structure d'émission adapcive, ensemble constitué par un diélectrique à forte résistivité et faibles pertes, de permittivité relative élevée, associé à une rëorganisation des éléments de l'optique électronique. Ce gainage, cette structure adaptative et la réorganisation de l'otique électronique WO 96/02966 PC7'IFR95100978 =
4 assurent alors les avantages multiples qui suivent, permettant en particulier .
- de réduire au minimum possible le diamètre des ouvertures de la plaque de champ, - d'assurer de ce fait le "rabattement" maximum possible de l'équipotentielle zéro (par effet de la configuration du champ électrique dans le diélectrique), - d'assurer alors une relation univoque entre les Daramè:tres choisis et la valeur fixée au champ électrique à l'extrémitë des aiguilles, - d'obtenir ainsi la valeur voisine du maximum possible dudit champ-électrique à l'extrême pointe des aiguilles 4-missives, - d'avoisiner ainsi le maximum possible de l'émission alectronique des aiguilles, - d'éviter ainsi le recours à des tensions très élevées d'utilisation difficile ou dangereuse, de surcroît çénératrices supplémentaires inévitables des composés toxiques précités, - de r.a-duire au minimum possible le volume de la zone de plasma à l'extrémité libre des aiguilles (mécanisme de "surconfinement"), - de réduire encore, voire d'annuler, la production des peroxydants précités, - de supprimer totalement tous risques d'amorçages avec la plaque de champ, - d'annulër totalement les pertes par effet couronne latéral des aiguilles, - de supprimer ainsi tout effluvage générateur supplëmentaire de composés toxiques, - d'assurer ainsi le rendement ionique intrinsèque optimum des aiguilles émissives, - de disposer alors l'extrémité libre des aiguilles dans la configuration gëométrique optimale vis-à-vis de la olaque extérieure du boîtier enfermant le dispositif, en vue du reiidement d'émission électronique :naximum vers l'atmosphère, - de réduire de ce fait le diamètre des ouvertures de ladite plaque, - de disposer ainsi un nombre accru d'aiguilles la WO 96/02966 2195 43 PCT1FR95100978 émissives sur une même surface, - d'exclure tout système "propulseur" inutile de l'air préalablement ionisé, et d'en supprimer ainsi les nuisances inévitables,
- de réduire au minimum possible le diamètre des ouvertures de la plaque de champ, - d'assurer de ce fait le "rabattement" maximum possible de l'équipotentielle zéro (par effet de la configuration du champ électrique dans le diélectrique), - d'assurer alors une relation univoque entre les Daramè:tres choisis et la valeur fixée au champ électrique à l'extrémitë des aiguilles, - d'obtenir ainsi la valeur voisine du maximum possible dudit champ-électrique à l'extrême pointe des aiguilles 4-missives, - d'avoisiner ainsi le maximum possible de l'émission alectronique des aiguilles, - d'éviter ainsi le recours à des tensions très élevées d'utilisation difficile ou dangereuse, de surcroît çénératrices supplémentaires inévitables des composés toxiques précités, - de r.a-duire au minimum possible le volume de la zone de plasma à l'extrémité libre des aiguilles (mécanisme de "surconfinement"), - de réduire encore, voire d'annuler, la production des peroxydants précités, - de supprimer totalement tous risques d'amorçages avec la plaque de champ, - d'annulër totalement les pertes par effet couronne latéral des aiguilles, - de supprimer ainsi tout effluvage générateur supplëmentaire de composés toxiques, - d'assurer ainsi le rendement ionique intrinsèque optimum des aiguilles émissives, - de disposer alors l'extrémité libre des aiguilles dans la configuration gëométrique optimale vis-à-vis de la olaque extérieure du boîtier enfermant le dispositif, en vue du reiidement d'émission électronique :naximum vers l'atmosphère, - de réduire de ce fait le diamètre des ouvertures de ladite plaque, - de disposer ainsi un nombre accru d'aiguilles la WO 96/02966 2195 43 PCT1FR95100978 émissives sur une même surface, - d'exclure tout système "propulseur" inutile de l'air préalablement ionisé, et d'en supprimer ainsi les nuisances inévitables,
5 - de réduire ainsi au strict minimum, si nécessaire et sans nuire à son rendement, l'encombrement extérieur du dispositif en facilitant son utilisation, - de réduire finalement au minimum indispensable la consommation d'énergie du dispositif.
l0 Le dispositif suivant l'invention assure ainsi la production, l'émission et la diffusion quasi-isotrope d'un flux intense de charges de l'un et/ou l'autre signe, sans émission de composés toxiques, sous une tension de valeur modérée, sans dépense inutile d'énergie. De telles caractéristiques sont absentes en tout ou partie de tous les autres dispositifs à pointes émissives actuellement utilisés.
I1 en résulte une amélioration certaine et décisive du générateur à "effet couronne", tant en ce qui concerne l'importance du flux émis que sa répartition spatiale (quasi-isotropie), la sécurité encore accrue de son utilisation, l'absence totale et définitive de toutes nuisances causées aux personnes ou aux installations sensibles, due à l'absence d'émission de composés toxiques ou agressifs (ozone et oxydes d'azote entre autres), l'économie d'énergie considérable en utilisation permanente ou intensive. La preuve de la réalité
de telles améliorations est apportée par les mesures faites sur un modèle expérimental du dispositif suivant l'invention :
- mesures en cage de Faraday du flux total émis vers l'atmosphère, - relevé par sonde électronique du diagramme polaire d'émission ionique en espace libre, - analyse par spectroscopie en chimioluminescence de l'air prélevé au voisinage immédiat des pointes.
Cet ensemble de mesures vérifie et confirme entièrement chacun des avantages énoncés caractérisant le nouveau disnositif suivant l'invention.
Les dessins annexés illustrent un mode de réalisation du dispositif de l'invention, à savoir :
- Figure 1 représente le schéma (de principe) des W'd 96/02966 2195343 PCT/FIt95100978
l0 Le dispositif suivant l'invention assure ainsi la production, l'émission et la diffusion quasi-isotrope d'un flux intense de charges de l'un et/ou l'autre signe, sans émission de composés toxiques, sous une tension de valeur modérée, sans dépense inutile d'énergie. De telles caractéristiques sont absentes en tout ou partie de tous les autres dispositifs à pointes émissives actuellement utilisés.
I1 en résulte une amélioration certaine et décisive du générateur à "effet couronne", tant en ce qui concerne l'importance du flux émis que sa répartition spatiale (quasi-isotropie), la sécurité encore accrue de son utilisation, l'absence totale et définitive de toutes nuisances causées aux personnes ou aux installations sensibles, due à l'absence d'émission de composés toxiques ou agressifs (ozone et oxydes d'azote entre autres), l'économie d'énergie considérable en utilisation permanente ou intensive. La preuve de la réalité
de telles améliorations est apportée par les mesures faites sur un modèle expérimental du dispositif suivant l'invention :
- mesures en cage de Faraday du flux total émis vers l'atmosphère, - relevé par sonde électronique du diagramme polaire d'émission ionique en espace libre, - analyse par spectroscopie en chimioluminescence de l'air prélevé au voisinage immédiat des pointes.
Cet ensemble de mesures vérifie et confirme entièrement chacun des avantages énoncés caractérisant le nouveau disnositif suivant l'invention.
Les dessins annexés illustrent un mode de réalisation du dispositif de l'invention, à savoir :
- Figure 1 représente le schéma (de principe) des W'd 96/02966 2195343 PCT/FIt95100978
6 éléments de la nouvelle optique électronique, avec la distribution des équipotentielles et du flux ionique émis ;
Figure 2 représente le schéma (synoptique) de l'ensemble du dispositif sous forme des fonctions spécifiques exercées par chacune de ses parties.
Tel qu'î.l dst représenté sur la figure 2, l'ensemble du dispositif suivant l'invention comporte deux sous-ensembles :
- un sous-ensemble (section I) constitué par le système d'optique ëlectronique, décrit plus haut, suivant la ~igure 1.
- un sous-ensemble (section II) constitué par un bloc d'alimentation (Ai) délivrant entre.la sortie (S) et la masse commûne (M) une haute tension (-THT) de l'ordre de = à 5 kV sous une impédance de l'ordre d'une centaine de Mohms, destiné à fournir à ladite optique électronique la haute tension nécessaire à la production ionique, Telle qu'elle est représentée sur la figure 1, la partie "optique électronique" du dispositif est ainsi constituée :
- une plaque (P1) en matériau isolant, d'une épaisseur cie l'ordre de 1 mm, annulant toute émission électronique !ef_*-luvage) vers l'arrière du dispositif à l'intérieur du boîtier ;
- une plaque (P2) conductrice sur laquelle sont fixées sur sa face arrière (soudure, sertissage, ou tout autre moyen de fixation) les "pointes" émissives ;
- une plaque (P3) isolante, solidaire de la plaque (P2) __*_ située en avant de celle-ci, l'ensemble solidaire (P21 P3) ayant une épaisseur de 16/10 mm ;
- des "pointes" constituées par des aiguilles longues et minces en métal inoxydable (Ag) dont l'extrémité libre émissive)-a un rayon de auelques micromêtres ;
- une structure adaptative d'émission électronique constituée ~ 3'u;ne "gaîne" diélectrique (Gn), faite d'un matériau de forte résistivité (2 1015 m), de faibles pertes et de permittivité relative âlevée, d'un diamètre extérieur de l'ordre de 5 mm, d'un diamètre intérieur autorîsant le passage des _iguilles. Ladite gaîne est enfilée à frotrement FEUILLE RECTIFIEE (F3EGLE. 91) ISA/EP
~ W'O 96/02966 2-1{ 5343 PCTIFR95100978
Figure 2 représente le schéma (synoptique) de l'ensemble du dispositif sous forme des fonctions spécifiques exercées par chacune de ses parties.
Tel qu'î.l dst représenté sur la figure 2, l'ensemble du dispositif suivant l'invention comporte deux sous-ensembles :
- un sous-ensemble (section I) constitué par le système d'optique ëlectronique, décrit plus haut, suivant la ~igure 1.
- un sous-ensemble (section II) constitué par un bloc d'alimentation (Ai) délivrant entre.la sortie (S) et la masse commûne (M) une haute tension (-THT) de l'ordre de = à 5 kV sous une impédance de l'ordre d'une centaine de Mohms, destiné à fournir à ladite optique électronique la haute tension nécessaire à la production ionique, Telle qu'elle est représentée sur la figure 1, la partie "optique électronique" du dispositif est ainsi constituée :
- une plaque (P1) en matériau isolant, d'une épaisseur cie l'ordre de 1 mm, annulant toute émission électronique !ef_*-luvage) vers l'arrière du dispositif à l'intérieur du boîtier ;
- une plaque (P2) conductrice sur laquelle sont fixées sur sa face arrière (soudure, sertissage, ou tout autre moyen de fixation) les "pointes" émissives ;
- une plaque (P3) isolante, solidaire de la plaque (P2) __*_ située en avant de celle-ci, l'ensemble solidaire (P21 P3) ayant une épaisseur de 16/10 mm ;
- des "pointes" constituées par des aiguilles longues et minces en métal inoxydable (Ag) dont l'extrémité libre émissive)-a un rayon de auelques micromêtres ;
- une structure adaptative d'émission électronique constituée ~ 3'u;ne "gaîne" diélectrique (Gn), faite d'un matériau de forte résistivité (2 1015 m), de faibles pertes et de permittivité relative âlevée, d'un diamètre extérieur de l'ordre de 5 mm, d'un diamètre intérieur autorîsant le passage des _iguilles. Ladite gaîne est enfilée à frotrement FEUILLE RECTIFIEE (F3EGLE. 91) ISA/EP
~ W'O 96/02966 2-1{ 5343 PCTIFR95100978
7 doux sur chaque aiguille, ne laissant libre de celle-ci que 2 mm environ au-delà de la première section conique terminale constituant l'extrémité
de ladite gaine, et venant au contact de la plaque (P3) à son autre extrémité ;
* d'une double structure conique solidaire de la gaine, faite du même matériau isolant que celle-ci, dont la partie proximale (Cp) entoure l'extrémité
de l'aiguille à l'exclusion des deux derniers millimètres restés libres, parachevant ainsi le confinement du plasma, et dont la partie distale évasée (Cd) d'ouverture angulaire de 45 et d'une profondeur de 8 mm assure une première diffusion comnlète et rapide du flux ionique vers l'atmosphère environnante ;
* d'une structure plane interne, plaque (Pi) solidaire de la structure conique et dans le prolongement de celle-ci, de 2 mm d'épaisseur, faite du même matériau isolant, et venant se fixer sur la paroi extérieure du boîtier renfermant le dispositif, de telle sorte que les ouvertures coniques de la structure adaptative viennent coïncider exactement avec les ouvertures circulaires (base du chanfrein) dudit boîtier ;
- une plaaue composite (P4, P5) de 16/10 mm d'épaisseur, dont la face inférieure est isolante, la face supérieure est conductrice et connectée à la masse (potentiel zéro du sol). Ladite plaque est percée d'ouvertures circulaires (0c), assurant exactement le passage à
frottement doux des "gaines" des aiguilles émettrices sur lesquelles elle est enfilée ;
- une plaque (P6), dont l'épaisseur est de l'ordre de 3mm, constitue le boîtier renfermant le dispositif, est faite d'un matériau très faiblement conducteur (résistivité de l'ordre de 107 Ohm.carré). Ladite plaque constituant ledit boîtier est connectée à la plaque (PS) conductrice. La résistance (Rf) de "fuite" symbolise la résistance réelle de la plaque (P5) chargée d'écouler les charges (If) prélevées sur la charge d'espace locale résultant de l'émission électronique des pointes. Ladite S
plaque (p6) est percée d'ouvertures circulaires (Ouv) munies d'un chanfrein (Ch) d'ouverture angulaire de l'ordre de 600, creusé sur toute son épaisseur, de sorte que sa face inférieure s'ajuste exactement sur l'extrémité ouverte du cône (Cd) porté par la plaque interne (Pi), la paroi du chanfrein (Ch) se situant dans le prolongement de la surface conique de la structure distale (Cd).
La figure 2 représente un exemple de réalisation possible du système d'optique électronique destiné 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 25 à 30 mm pour un diamètre de l'ordre de 1 mm et un rayon terminal de l'ordre de quelques micromètres, est fixé sur la plaque conductrice (P2), soumise par l'alimentation (A1) précitée à une tension négative (cas de la production d'ions Oxygène négatifs dans l'air) voisine de 4,5 kV maximum.
La plaque de champ conductrice (P5) portée par la plaque isolante (P4) est connectée à la masse (potentiel zéro)= Les aiguilles émissives sont gainées de diélectrique. Il en résulte cue l'équipotentielle zéro est imposée par la plaque de champ (P5), sa distribution dépendant alors de la position et de la longueur des aiguilles ainsi que des caractéristiques de la gaine diélectrique et de son cône distal (Cd). En fait, à cause de la permittivité relative élevée de la gaine et de son cône distal, 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, condition indispensable à
l'émission électronique prïmaire la plus intense possible.
La plaque (P6) constituant le boîtier du dispositif possède une conductivité faible mais non nulle. Cette caractéristique réduit fortement la capture des charges émises, tout en assurant leur évacuation vers la masse commune. L'équilibre dynamique optimum entre capture et évacuation résülte alors du choix de la valeur de ladite conductivité et des caractéristiques de la structure adantative. La charge superficielle acquise par le cône ~
distal (Cd) exerce un effet fortement répulsif sur la charge d'esnace locale, assurant l'émission vers l'extérieur du flux ionique maximum dont seule une très faible part est capturée par le boîtier. La mesure dudit "courant de capture" sur le modèle expérimental précité confirme l'exactitude de la démarche et l'efficacité du dispositif.
Un tel exemple de réalisation n'épuise nullement l'invention, dont les différents éléments constitutifs peuvent être réalisés, selon les besoins, en plusieurs parties de dimensions et matériaux adaptés, assemblés dans le dispositif final, ou réalisés en tout ou partie sous forme de nièces moulées présentant les caractéristiques et fonctions des parties précitées, sous la forme fonctionnelle d'un "modu'e unitaire d'optiaue électronique". L'assemblage d'un nombre déterminé de tels "modules unitaires" par simple juxtaposition ou par un moulage d'ensemble permet de disposer d'une "optique électronique composite en nappe adaptée à des besoins préalablement définis.
Un exemple d'application est donné par la mise en oeuvre du dispositif dans tous les lieux sujets à pollution ou biocontamination de l'air ; c'est.en particulier le cas des crèches d'enfants. Les essais menés dans le cadre de nombreux établissements ont montré que l'injection d'un flux ionique négatif suffisant assure alors la précipitation des particules polluantes et des germes présents, ainsi que la mort de ces derniers, avec pour corollaire une amélioration significative et durable du statut sanitaire des occupants.
IIn autre exemple d'application concerne les lieux soumis à de fortes influences des charges statiques existantes ou créses par certains appareillages : c'est entre autres le cas des salles d'ordinateurs en général, des lieux de manipulations ou traitement des films photographiques ainsi que des composants électroniques sensibles. L'injection d'un flux permanent suffisant de charges négatives permet de supprimer quasi-totalement les nuisances observées, sans préjudice pour les personnes présentes et les matériels sensibles.
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 WO 9610:966 PCT/FR95/00978 interne. I,'air chargé négativement assure une meilleure stabilité et une combustion plus complète de l'aérosol d'hydrocarbure, et de ce fait une moindre émission de polluants dans les gaz d'échappement.
5 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) 10 agressifs ou toxiques pour les personnes et les biens.
de ladite gaine, et venant au contact de la plaque (P3) à son autre extrémité ;
* d'une double structure conique solidaire de la gaine, faite du même matériau isolant que celle-ci, dont la partie proximale (Cp) entoure l'extrémité
de l'aiguille à l'exclusion des deux derniers millimètres restés libres, parachevant ainsi le confinement du plasma, et dont la partie distale évasée (Cd) d'ouverture angulaire de 45 et d'une profondeur de 8 mm assure une première diffusion comnlète et rapide du flux ionique vers l'atmosphère environnante ;
* d'une structure plane interne, plaque (Pi) solidaire de la structure conique et dans le prolongement de celle-ci, de 2 mm d'épaisseur, faite du même matériau isolant, et venant se fixer sur la paroi extérieure du boîtier renfermant le dispositif, de telle sorte que les ouvertures coniques de la structure adaptative viennent coïncider exactement avec les ouvertures circulaires (base du chanfrein) dudit boîtier ;
- une plaaue composite (P4, P5) de 16/10 mm d'épaisseur, dont la face inférieure est isolante, la face supérieure est conductrice et connectée à la masse (potentiel zéro du sol). Ladite plaque est percée d'ouvertures circulaires (0c), assurant exactement le passage à
frottement doux des "gaines" des aiguilles émettrices sur lesquelles elle est enfilée ;
- une plaque (P6), dont l'épaisseur est de l'ordre de 3mm, constitue le boîtier renfermant le dispositif, est faite d'un matériau très faiblement conducteur (résistivité de l'ordre de 107 Ohm.carré). Ladite plaque constituant ledit boîtier est connectée à la plaque (PS) conductrice. La résistance (Rf) de "fuite" symbolise la résistance réelle de la plaque (P5) chargée d'écouler les charges (If) prélevées sur la charge d'espace locale résultant de l'émission électronique des pointes. Ladite S
plaque (p6) est percée d'ouvertures circulaires (Ouv) munies d'un chanfrein (Ch) d'ouverture angulaire de l'ordre de 600, creusé sur toute son épaisseur, de sorte que sa face inférieure s'ajuste exactement sur l'extrémité ouverte du cône (Cd) porté par la plaque interne (Pi), la paroi du chanfrein (Ch) se situant dans le prolongement de la surface conique de la structure distale (Cd).
La figure 2 représente un exemple de réalisation possible du système d'optique électronique destiné 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 25 à 30 mm pour un diamètre de l'ordre de 1 mm et un rayon terminal de l'ordre de quelques micromètres, est fixé sur la plaque conductrice (P2), soumise par l'alimentation (A1) précitée à une tension négative (cas de la production d'ions Oxygène négatifs dans l'air) voisine de 4,5 kV maximum.
La plaque de champ conductrice (P5) portée par la plaque isolante (P4) est connectée à la masse (potentiel zéro)= Les aiguilles émissives sont gainées de diélectrique. Il en résulte cue l'équipotentielle zéro est imposée par la plaque de champ (P5), sa distribution dépendant alors de la position et de la longueur des aiguilles ainsi que des caractéristiques de la gaine diélectrique et de son cône distal (Cd). En fait, à cause de la permittivité relative élevée de la gaine et de son cône distal, 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, condition indispensable à
l'émission électronique prïmaire la plus intense possible.
La plaque (P6) constituant le boîtier du dispositif possède une conductivité faible mais non nulle. Cette caractéristique réduit fortement la capture des charges émises, tout en assurant leur évacuation vers la masse commune. L'équilibre dynamique optimum entre capture et évacuation résülte alors du choix de la valeur de ladite conductivité et des caractéristiques de la structure adantative. La charge superficielle acquise par le cône ~
distal (Cd) exerce un effet fortement répulsif sur la charge d'esnace locale, assurant l'émission vers l'extérieur du flux ionique maximum dont seule une très faible part est capturée par le boîtier. La mesure dudit "courant de capture" sur le modèle expérimental précité confirme l'exactitude de la démarche et l'efficacité du dispositif.
Un tel exemple de réalisation n'épuise nullement l'invention, dont les différents éléments constitutifs peuvent être réalisés, selon les besoins, en plusieurs parties de dimensions et matériaux adaptés, assemblés dans le dispositif final, ou réalisés en tout ou partie sous forme de nièces moulées présentant les caractéristiques et fonctions des parties précitées, sous la forme fonctionnelle d'un "modu'e unitaire d'optiaue électronique". L'assemblage d'un nombre déterminé de tels "modules unitaires" par simple juxtaposition ou par un moulage d'ensemble permet de disposer d'une "optique électronique composite en nappe adaptée à des besoins préalablement définis.
Un exemple d'application est donné par la mise en oeuvre du dispositif dans tous les lieux sujets à pollution ou biocontamination de l'air ; c'est.en particulier le cas des crèches d'enfants. Les essais menés dans le cadre de nombreux établissements ont montré que l'injection d'un flux ionique négatif suffisant assure alors la précipitation des particules polluantes et des germes présents, ainsi que la mort de ces derniers, avec pour corollaire une amélioration significative et durable du statut sanitaire des occupants.
IIn autre exemple d'application concerne les lieux soumis à de fortes influences des charges statiques existantes ou créses par certains appareillages : c'est entre autres le cas des salles d'ordinateurs en général, des lieux de manipulations ou traitement des films photographiques ainsi que des composants électroniques sensibles. L'injection d'un flux permanent suffisant de charges négatives permet de supprimer quasi-totalement les nuisances observées, sans préjudice pour les personnes présentes et les matériels sensibles.
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 WO 9610:966 PCT/FR95/00978 interne. I,'air chargé négativement assure une meilleure stabilité et une combustion plus complète de l'aérosol d'hydrocarbure, et de ce fait une moindre émission de polluants dans les gaz d'échappement.
5 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) 10 agressifs ou toxiques pour les personnes et les biens.
Claims (13)
1. Générateur d'ions positifs ou négatifs en milieu gazeux, comportant une optique électronique (OE) constituée d'au moins une aiguille ou pointe émissive (Ag) disposée dans un système de plaques de support et d'accélération, focalisation et diffusion des ions comprenant une première plaque conductrice (P2) sur laquelle est fixée l'extrémité
non-émissive de l'aiguille, une seconde plaque conductrice (P5) traversée par ladite aiguille et munie, sur sa face tournée vers ladite première plaque conductrice (P2), d'une plaque isolante (P4), lesdites première et seconde plaques conductrices étant connectées à une source électrique haute tension appropriée (A1) et une plaque isolante agencée à
hauteur de l'extrémité émissive de l'aiguille et assurant la diffusion des électrons émis par l'aiguille, caractérisé en ce que l'aiguille (Ag) comporte une gaine coaxiale (Gn) en un matériau diélectrique à forte résistivité, faible perte et permittivité relative élevée, en ce que la partie de ladite gaine (Gn) située du côté de l'extrémité émissive de l'aiguille (Ag) est prolongée par une première section proximale conique (Cp) en même matériau que la gaine et laissant découverte ladite extrémité émissive, en ce que ladite section proximale (Cp) est prolongée par une structure distale conique ouverte (Cd) en même matériau que la gaine, en ce que ladite structure conique distale (Cd) est prolongée par une plaque (Pi) en même matériau que la gaine et constituant avec la structure conique distale (Cd) ladite plaque de diffusion des électrons et en ce que ladite plaque de prolongement (Pi) est fixée sous une plaque (P6) en matériau à très faible conductibilité électrique, susceptible de former une partie du boîtier extérieur du générateur.
non-émissive de l'aiguille, une seconde plaque conductrice (P5) traversée par ladite aiguille et munie, sur sa face tournée vers ladite première plaque conductrice (P2), d'une plaque isolante (P4), lesdites première et seconde plaques conductrices étant connectées à une source électrique haute tension appropriée (A1) et une plaque isolante agencée à
hauteur de l'extrémité émissive de l'aiguille et assurant la diffusion des électrons émis par l'aiguille, caractérisé en ce que l'aiguille (Ag) comporte une gaine coaxiale (Gn) en un matériau diélectrique à forte résistivité, faible perte et permittivité relative élevée, en ce que la partie de ladite gaine (Gn) située du côté de l'extrémité émissive de l'aiguille (Ag) est prolongée par une première section proximale conique (Cp) en même matériau que la gaine et laissant découverte ladite extrémité émissive, en ce que ladite section proximale (Cp) est prolongée par une structure distale conique ouverte (Cd) en même matériau que la gaine, en ce que ladite structure conique distale (Cd) est prolongée par une plaque (Pi) en même matériau que la gaine et constituant avec la structure conique distale (Cd) ladite plaque de diffusion des électrons et en ce que ladite plaque de prolongement (Pi) est fixée sous une plaque (P6) en matériau à très faible conductibilité électrique, susceptible de former une partie du boîtier extérieur du générateur.
2 Générateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque (P1) rapportée sous ladite première plaque conductrice (P2) à des fins de protection contre un éventuel effluvage issu de ladite plaque conductrice
3. Générateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite première plaque conductrice (P2) comporte une plaque isolante (P3) sur sa face tournée vers l'aiguille.
4. Générateur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite seconde plaque conductrice (P5) comporte une plaque isolante (P4) sur sa face tournée vers ladite première plaque conductrice (P2).
5. Générateur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite seconde plaque conductrice (P5) et l'éventuelle plaque isolante associée (P4) sont munies d'ouvertures (Oc) de diamètre correspondant à celui de la gaine de l'aiguille (Ag) en sorte de permettre le passage à
frottement doux de la gaine sur laquelle lesdites plaques (P5, P4) sont enfilées.
frottement doux de la gaine sur laquelle lesdites plaques (P5, P4) sont enfilées.
6 Générateur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite plaque (P6) à très faible conductibilité électrique susceptible de former une partie du boîtier extérieur du générateur est munie d'une ouverture chanfreinée (Ouv, Ch) dont la paroi tronconique est dans le prolongement dé la surface conique de ladite structure conique distale (Cd).
7. Générateur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite seconde plaque conductrice (P5) est portée au potentiel zéro de la masse générale du dispositif.
8. Générateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ladite plaque (P6) à très faible conductibilité
électrique susceptible de former une partie du boîtier extérieur du générateur est reliée électriquement à ladite seconde plaque conductrice (P5) par une résistance de fuite équivalente (R F).
électrique susceptible de former une partie du boîtier extérieur du générateur est reliée électriquement à ladite seconde plaque conductrice (P5) par une résistance de fuite équivalente (R F).
9. Générateur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le matériau de la gaine (Gn) présente une résistivité supérieure ou égale à 10 15 .OMEGA..m.
10. Générateur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite aiguille (Ag) est laissée découverte par ladite section proximale conique (Cp) sur une longueur de l'ordre de deux mm.
11 Générateur suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite structure conique distale (Cd) présente une ouverture angulaire de l'ordre de 45° et une profondeur de l'ordre de 8 mm.
12. Générateur suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite plaque (P6) à très faible conductibilité électrique est constituée d'un matériau dont la résistivité est de l'ordre de 10 7 Ohm.carré.
13. Générateur suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite source électrique haute tension fournit une tension de l'ordre de 4Kv.
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