|
(11) | EP 0 051 006 A2 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
| (54) | Procédé et dispositifs pour transférer des charges électriques de signes différents dans une zone d'espace et application aux éliminateurs d'électricité statique |
| (57) Dans une tuyère supersonique (122), on détend un courant d'air comprimé chargé d'humidité
pour produire un aérosol de microparticules de glace. Une décharge corona est entretenue
au col (124) de la tuyère (122) par une électrode effilée (126), des moyens d'alimentation
(64) sous une haute tension alternative étant prévus entre l'électrode (126) et le
corps de la tuyère (122). Les ions alternativement positifs et négatifs produits par
la décharge sont piégés par les microparticules de glace et éjectés par une buse à
l'avant de la tuyère (122) hors de l'enceinte en direction d'une zone d'espace dont
on veut élever la concentration en charges de signes différents. De préférence, les
moyens d'alimentation électrique comprennent un condensateur C (130) dans le circuit
de l'électrode-aiguille (126) et un anneau de garde (132) conducteur est noyé dans
le corps de la tuyère (122) derrière la surface isolante de celle-ci. On obtient ainsi
des flux globalement équilibrés de particules positives et négatives à la sortie de
la tuyère. Application à l'élimination de charges statiques de corps électrisés. |
[0001] La présente invention concerne les techniques qui permettent de modifier la charge électrique d'une zone d'espace.
[0002] On connaît des procédés pour créer une charge électrique de signe déterminé dans une zone d'espace, en y favorisant une concentration d'ions du même signe. On sait également que dans certaines situations, au lieu de chercher à charger une zone d'espace selon une polarité déterminée, il est utile:' d'élever son degré d'ionisation mais non sa charge globale en augmentant simultanément sa concentration en charges positives et négatives.
[0003] L'élimination de l'électricité statique accumulée sur un corps électrisé représente un cas d'application de cette dernière technique. En effet, lorsqu'un tel corps est plongé dans un milieu contenant des charges positives et négatives, le champ électrique créé par ce corps attire les charges électriques de polarité contraire qui viennent neutraliser les charges accumulées sur le corps et repousse les charges de même polarité que le corps électrisé.
[0004] Le problème de l'élimination des charges électrostatiques revêt une grande importance dans divers domaines. De nombreux corps ont en effet tendance à accumuler des charges électriques positives ou négatives, soit par influence,lorsqu'ils sont disposés dans un champ électrique, soit sous l'effet des frottements mécaniques qui s'exercent entre surfaces de nature différente. Lorsque ces corps sont isolants, ou lorsqu'ils sont conducteurs mais non reliés à la terre, les charges tendent à s'accumuler sur ces corps pour les porter à des potentiels qui peuvent atteindre parfois des valeurs extrêmement élevées. Ces phénomènes d'électrisation sont responsables d'un certain nombre de dommages qui peuvent être d'ordre mécanique, effets de collage par exemple, ou d'ordre électrique, tels que les risques de choc électrique pour le personnel manipulant les corps électrisés ou bien risques d'étincelle suivie d'explosion dans des milieux inflammables, l'apparition d'effluves voilant les pellicules photographiques, etc...
[0005] Divers types de dispositifs éliminateurs de charges électriques fondés sur le principe d'une combinaison de charges d'un milieu environnant le corps avec les charges de signe opposé accumulées sur celui-ci ont déjà été proposés et utilisés.
[0006] Parmi ces dispositifs, on peut citer les éliminateurs radioactifs qui mettent en oeuvre les propriétés ionisantes des radiations alpha et bêta pour ioniser légèrement l'air environnant un corps à décharger. L'efficacité de ces dispositifs est faible en raison du degré d'ionisation peu élevé que l'on peut espérer atteindre sans faire appel à des sources radioactives puissantes (plusieurs dizaines de millicuries) dont les dangers potentiels, tant en ce qui concerne les risques d'irradiation du personnel que ceux de dissémination accidentelle de la matière radioactive, ne sont pas acceptables dans de nombreuses applications.
[0007] Il existe également des éliminateurs à effet couronne du type inductif qui sont constitués par un ou plusieurs fils conducteurs au potentiel de la terre et garnis de pointes que l'on dispose à proximité des corps électrisés à décharger. La forte valeur du champ électrique à proximité des pointes favorise le transfert de charges entre le corps électrisé et l'éliminateur.
[0008] D'autres éliminateurs à effet couronne mettent en jeu une source électrique à haute tension qui crée un champ électrique intense au voisinage d'une ou plusieurs pointes plongée(s) dans un milieu gazeux afin d'y provoquer la formation d'une décharge en couronne, appelée décharge corona, génératrice d'ions. La haute tension produite est alternative de façon à produire alternativement des ions positifs et négatifs dans le milieu environnant le corps électrisé à neutraliser.
[0009] On a constaté cependant que même ces éliminateurs à effet couronne souffraient d'insuffisances, et dans certains cas, pouvaient présenter des dangers.
[0010] En particulier, on a reconnu que les dispositifs utilisés jusqu'à présent ne fonctionnent efficacement que lorsqu'ils sont disposés à proximité immédiate du corps à décharger. A défaut, les ions formés tendent à se recombiner,en raison de leur grande mobilité avant d'avoir pu entrer en contact avec ce corps et ceci d'autant plus rapidement que le niveau d'ionisation que l'on cherche à créer autour du corps est élevé. On a en outre constaté que la neutralisation était souvent imparfaite ou même que, dans certains cas, le corps tendait à acquérir une charge de signe contraire à celle qu'il avait avant la mise en oeuvre de l'éliminateur.
[0011] Par ailleurs,l'utilisation de ce type d'éliminateur est à proscrire dans les milieux inflammables ou explosifs car les décharges en couronne peuvent donner naissance à des étincelles propres à provoquer alors l'ignition du milieu dans lesquelles elles ont lieu.
[0012] Enfin, on sait que les décharges corona dans l'air s'accompagnent de la formation d'ozone, gaz très oxydant, susceptible de détériorer certains matériaux ou de présenter des effets nocifs pour les personnes. Ce phénomène fait parfois obstacle à l'application des éliminateurs de décharge à effet couronne.
[0013] L'invention a pour objet de fournir un moyen de modifier la concentration d'une zone d'espace simultanément en charges électriques positives et négatives, qui permette, notamment lorsqu'il est appliqué à l'atmosphère environnant un corps électrisé, de neutraliser efficacement ce dernier.
[0014] Conformément à l'invention, dans un procédé pour modifier la concentration en charges électriques d'une zone d'espace, on produit une décharge en couronne de polarité alternativement positive et négative dans une enceinte enfermant un gaz sous pression et contenant une substance condensable, on détend ce gaz à la sortie de cette enceinte de telle façon que des ions alternativement positifs et négatifs formés par la décharge dans ce gaz soient entraînés hors de l'enceinte par des microparticules résultant de la condensation de ladite substance pour être transférés dans la zone d'espace, et on détecte tout déséquilibre entre les courants de charges positives et de charges négatives ainsi produits à la sortie de cette enceinte pour modifier l'alimentation de la décharge couronne en réponse à ce déséquilibre.
[0015] Les ions produits par la décharge en couronne constituent des noyaux sur lesquels se forment les microparticules de la substance condensable. Les ions sont ainsi piégés par le courant de microparticules et ils sont ensuite libérés par un changement de phase des microparticules pour former la charge de la zone d'espace. Grâce à la vitesse acquise par les microparticules, il est possible de charger une zone d'espace à une distance relativement importante de l'enceinte à l'intérieur de laquelle sont créés les ions transférés.
[0016] Par ailleurs, la mobilité de microparticules non gazeuses, même de dimensions très faibles, est toujours très inférieure en pratique à celle des ions qui peuvent être engendrés par la décharge corona. Il en résulte que la probabilité d'interaction et de recombinaison des charges sous l'effet de la diffusion desdites microparticules est beaucoup plus faible que dans le cas des ions libres.
[0017] On a cependant constaté que les dispositifs générateurs d'ions à effet couronne antérieurs avaient un rendement différent selon que le champ électrique appliqué pour engendrer la décharge était positif ou négatif.
[0018] Ainsi, les dispositifs de l'art antérieur qui mettent en oeuvre des décharges corona alimentées par des tensions alternatives ne permettent pas d'obtenir véritablement des flux de charges de signes opposés dont la neutralité globale soit respectée. Le déséquilibre entre les flux de charges positives et négatives ainsi créés ne permet pas, en l'absence de précautions particulières, d'obtenir la neutralisation de corps électrisés dans le cas d'une application à l'élimination de particules électrostatiques. Au contraire, ce déséquilibre perturbe les tentatives de neutralisation, voire même les rend dangereuses, dans la mesure où l'objet à décharger peut lui-même se charger sous l'effet du courant de déséquilibre.
[0019] On aurait pu penser éliminer simplement la composante continue du courant global de charge ainsi produit par filtrage, par exemple à l'aide d'un condensateur. L'expérience a montré qu'une telle mesure n'était pas efficace pour résoudre le problème posé. Un tel condensateur se trouve en effet shunté par le courant de charge qui circule entre les électrodes utilisées pour produire la décharge. Selon une forme de réalisation, l'invention prévoit donc des moyens permettant d'empêcher qu'un tel courant ne vienne contrecarrer les mesures prises pour alimenter les décharges corona négatives et les décharges corona positives en appliquant aux électrodes des tensions différentes en valeur absolue.
[0020] Conformément à un aspect particulièrement avantageux de l'invention, on met en oeuvre c.e procédé à l'aide d'un dispositif comprenant un corps limitant une tuyère pour détendre le gaz à la sortie d'une enceinte et une électrode effilée est placée dans cette enceinte de telle façon que sa pointe se termine au col de la tuyère, des moyens d'alimentation étant prévus pour établir entre cette électrode et le corps de la tuyère une tension alternative suffisante pour produire une décharge par effet couronne dans le gaz détendu dans la tuyère à proximité de la pointe de l'électrode effilée, et la surface de la tuyère à l'intérieur de l'enceinte étant électriquement isolante de façon à bloquer toute circulation de courant électrique entre la pointe et la tuyère sans empêcher néanmoins l'établissement d'un champ électrique suffisant pour la formation des décharges alternativement productrices d'ions positifs et négatifs.
[0021] On prévoit en outre avantageusement de monter dans le circuit électrique reliant l'électrode effilée et la tuyère un dispositif de condensateur. Le niveau de charge de celui-ci s'établit alors à une valeur telle que les tensions d'alimentation de la décharge positive et de la décharge négative sont différentes et, respectivement,produisent des flux d'ions positifs et négatifs avec des rendements égaux.
[0022] Avantageusement, le corps de la tuyère peut être un bloc de matériau isolant dont la surface interne est convenablement conformée du point de vue aérodynamique, et dans lequel est noyé un conducteur, lequel est raccordé à la source d'alimentation alternative de l'ensemble électrode effilée tuyère, par exemple à travers la masse.
[0023] Le procédé et le dispositif définis ci-dessus permettent ainsi d'obtenir des concentrations équilibrées de charges simultanément positives et négatives très élevées à des distances relativement considérables de l'enceinte où les ions prennent naissance sans que les recombinaisons de charges au cours du transfert deviennent excessives.
[0024] On a constaté qu'on obtenait notamment des flux globalement neutres de charges de signes opposés avec une grande efficacité en utilisant comme gaz comprimé de l'air chargé d'humidité, même faiblement. Il est, en outre remarquable que ce mode de réalisation ne s'accompagne pas de transfert notable d'ozone dans la direction de la zone d'espace à traiter.
[0025] Les dispositions selon l'invention sont notamment intéressantes lorsque la zone d'espace est relativement difficile d'accès, par exemple dans le cas où des matières pulvérulentes électrisées sont manipulées au cours d'un processus industriel; ou lorsqu'elle contient une atmosphère inflammable ou explosible. Si les particules chargées sont éjectées par une buse en dehors de l'enceinte dans laquelle elles sont formées, on peut éviter en effet tout contact entre l'atmosphère extérieure et l'intérieur de l'enceinte en raison du caractère unidirectionnel du courant de microparticules et de sa vitesse relativement élevée dans la buse.
[0026] L'invention a également pour objet l'application du procédé et des dispositifs qui viennent d'être définis à l'élimination de l'électricité statique des corps électrisés.
[0027] Dans certains cas, il peut arriver que le corps à neutraliser conserve une charge résiduelle de faible valeur et en particulier de nature à porter le potentiel de cet objet à des valeurs sans danger. Si l'on désire éliminer cette charge résiduelle ou la fixer à une valeur différente de celle qui résulte de l'opération de neutralisation, conformément à un aspect supplémentaire de l'invention, on détecte le champ électrique aux alentours de ce corps et on asservit le circuit d'alimentation de la décharge couronne au champ détecté de façon à l'amener à une valeur recherchée, par exemple nulle.
[0028] La description qui suit est donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un générateur ou injecteur de charges électriques de signes opposés dans une zone d'espace;
la figure 2 illustre schématiquement le fonctionnement de l'injecteur de la figure 1 utilisé pour élever la concentration en charges électriques de signes différents d'une zone d'espace;
la figure 3 représente une forme de réalisation préférée du montage électrique d'un injecteur du type de la figure 1 utilisé comme éliminateur de charges d'électricité statique;
la figure 4 représente une deuxième forme possible du montage électrique d'un injecteur;
la figure 5 représente une première variante de réalisation du montage électrique d'un injecteur utilisé comme éliminateur d'électricité statique;
la figure 6 représente une deuxième variante de réalisation du montage électrique;
la figure 7 représente une troisième variante de réalisation; et
la figure 8 représente une autre variante du montage électrique.
[0029] Un mode de réalisation d'un injecteur de charges électriques (figure 1) comprend un corps tubulaire allongé isolant 10 fermé à une extrémité 12 et prolongé à son autre extrémité 14 par un corps de révolution 16 dont le profil interne définit une tuyère 18 comportant une partie rétrécie 20, suivie d'un col 22, puis d'un divergent 24, lorsqu'on s'éloigne de l'extrémité 14 du corps tubulaire 10. Le divergent débouche, par un orifice 26 ménagé dans la face antérieure 28 du corps de tuyère 16, dans un tube 30 coaxial à la tuyère 18, dont l'extrémité forme une buse d'éjection 32 vers l'extérieur en direction d'une zone d'espace.
[0030] A l'intérieur du corps 10 est fixée par une monture étoilée isolante 45, raccordée à la paroi interne du corps cylindrique 10, une aiguille 46 en un matériau conducteur centrée sur l'axe du tube 10 et comportant une pointe 48 au col 22 de la tuyère 18. L'extrémité postérieure 49 de l'aiguille 46 est reliée électriquement à un conducteur 50 qui traverse la paroi d'extrémité 12 du corps 10 par une traversée isolante 52. Dans la paroi latérale postérieure du corps 10 débouche une canalisation 55 d'amenée d'air comprimé dans le sens de la flèche 56.
[0031] Le corps 10 est constitué en un matériau isolant comme le capuchon 34. Dans cet exemple, le corps de tuyère 16 est conducteur et relié électriquement à la masse par un conducteur 60, le câble 50 étant relié à une extrémité 67 d'un enroulement secondaire haute tension 62 d'un transformateur 64 alimenté à son primaire 66 par la tension alternative du secteur à 220 v. L'autre extrémité 68 de l'enroulement 62 est raccordée à la masse.
[0032] La canalisation 55 est raccordée à un compresseur non représenté alimenté en air humide pour injecter, dans le sens de la flèche 56, à l'intérieur du corps d'injecteur 10, un air comprimé humide qui pénètre dans le corps de tuyère 16 et commence à se détendre au niveau du rétrécissement 20 où il est accéléré en se refroidissant. A partir du col 22, il acquiert une vitesse supersonique sous l'effet de l'accélération qui lui est impartie par le divergent 24 de la tuyère puis pénètre dans le tube 30 pour être éjecté par la buse 32 hors de l'enceinte formée par l'intérieur du tube 10 de la tuyère 18 et du tube 30.
[0033] L'enroulement haute tension 62 applique une tension alternative de plusieurs milliers de volts, par exemple 20 kV entre la pointe 48 de l'aiguille 46 et la tuyère 16, cette tension étant suffisante pour permettre à une décharge corona alternative de s'établir au col de cette tuyère. Cette décharge se produit dans le courant d'air en cours de détente dans l'espace étroit qui sépare la pointe 48 du col de la tuyère 22 où règne un champ électrique extrêmement élevé. Pendant les alternances positives, il se forme une charge d'espace composée d'ions gazeux positifs à la périphérie de la zone de décharge corona, tandis que pendant les alternances négatives se forment des ions gazeux négatifs créant une charge d'espace négative autour de cette zone de décharge.
[0034] L'air comprimé admis dans la tubulure 55 est sursaturé en vapeur d'eau qui commence à se condenser, dès que l'air atteint le convergent 20 de la tuyère, sous forme de microgouttelettes, les ions gazeux formés au voisinage de la pointe 48 formant un noyau de condensation pour ces gouttelettes. Sous l'effet du refroidissement qui accompagne la détente à travers la tuyère, ces microgouttelettes se cristallisent en microparticules de glace de très faible dia- mètre (environ 100 Å de diamètre), la température de l'air détendu dans le divergent pouvant s'abaisser jusqu'à -90° Celsius. Les fines particules d'aérosol chargées alternativement positivement et négativement sont entraînées par le courant gazeux à très grande vitesse à l'intérieur du tube 30 et projetées dans la zone d'espace en regard de la buse 32, comme il sera expliqué ci-après.
[0035] Un débit d'air convenable pour un tel dispositif propre à être utilisé comme un éliminateur de particules d'électricité statique peut être d'environ 20 m3 par heure, mesuré dans les Conditions normales de température et de pression, et la pression correspondante dans l'enceinte d'environ 5 bars. La vitesse d'éjection des charges à l'inférieur du tube 30 est d'environ 300 m/s. L'air comprimé humide admis dans la tubulure 55 peut être obtenu à partir d'air ambiant pourvu que son degré hygromêtrique soit supérieur à environ 10%. Pour le cas où l'air ambiant est très sec, un humidificateur est prévu à l'entrée du compresseur. On a trouvé que le degré hygrométrique indiqué correspondait à une densité de microparticules de glace au niveau du col de la tuyère largement suffisante pour venir piéger la quasi-totalité des ions formés par la décharge.
[0036] Les rendements en particules ionisées de la décharge corona positive et de la décharge corona négative ne sont pas en général les mêmes pour une valeur donnée de la tension d'alimentation au secondaire 62. En pratique, la quantité de charges de chaque signe produite et le courant résultant de l'entraînement de ces charges à travers le tube 30 dépendent d'un nombre de facteurs élevé parmi lesquels l'état de la pointe 48, la pression et le degré hygrométrique de l'air utilisé, la valeur de la tension appliquée.
[0037] Les microparticules de glace entraînées à travers le tube 30 échappent à l'action du champ électrique régnant à l'intérieur de l'injecteur grâce à leur très faible mobilité et la grande vitesse de l'écoulement gazeux. Ces charges, après avoir quitté la buse 32 s'en éloignent pour n'être récupérées qu'à distance relativement élevée par un corps relié à la masse ou la terre après qu'elles sont libérées comme il sera expliqué ci-après. Le tube 30 est constitué en un matériau semi-conducteur possédant une très forte résistivité. Cette caractéristique permet d'éviter l'accumulation le long de ce tube de charges résiduelles déposées par le courant de particules au cours de son trajet vers l'orifice 32. Une telle accumulation pourrait en effet donner naissance à des décharges glissantes le long de la paroi interne du tube 30 avec une perte sensible du courant de particules parvenant à l'extérieur de la buse.
[0038] La mobilité des microparticules est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à celle des ions gazeux. Grâce à cette plus faible mobilité, la probabilité de recombinaison de charges de signes contraires, à proximité de la pointe émissive où la concentration en particules chargées est la plus importante, est beaucoup plus faible que dans le cas d'une décharge corona sans détente dans l'air.
[0039] Un injecteur 80 (figure 2) est très schématiquement représenté avec sa tuyère 82 et une buse de sortie 84 d'où jaillit à grande vitesse un jet 86 d'air et de microcristaux de glace chargés qui tend à devenir de plus en plus turbulent au fur et à mesure qu'il s'éloigne de cette tuyère 86 vers la zone d'espace 90 située en aval. A quelques dizaines de centimètres en aval, les microparticules de glace commencent à s'évaporer dans une zone intermédiaire 88 en libérant les ions gazeux qu'elles avaient préalablement piégés. En pratique, on a constaté que l'on pouvait obtenir par ce procédé des concentrations élevées de charges positives et négatives à des distances de plusieurs mètres de la buse 84 avant que les ions ainsi libérés ne se recombinent.
[0040] On a constaté toutefois qu'un éliminateur d'électricité statique fonctionnant selon le principe rappelé précédemment avec un tel injecteur ne procurait souvent qu'une décharge imparfaite des corps électrisés placés dans la zone 90 et parfois, dans certains cas, était capable de charger ces derniers avec une polarité opposée à leur polarité initiale. Ces phénomènes résultent d'un déséquilibre entre les concentrations en charges positives et en charges négatives injectées dans la zone d'espace dans laquelle se trouve plongé le corps à décharger. En effet, si ce déséquilibre existe en faveur des charges de même signe que celles du corps à neutraliser, il est possible que toutes les charges portées par le corps ne puissent être neutralisées avant que les phénomènes de recombinaison ne reprennent le dessus. Si, au contraire, le déséquilibre est en faveur des charges qui ont un signe opposé à celles du corps électrisé, celui-ci peut se décharger puis se charger en sens contraire.
[0041] Un tel déséquilibre entre les concentrations de charges transférées hors de l'injecteur résulte d'une inégalité des rendements de la production en ions par les décharges corona positives et négatives successives au cours des alternances de la tension d'alimentation des électrodes constituées par la pointe 46 et le corps de tuyère 16 (figure 1). Ce rendement est déterminé par de très nombreux facteurs sur lesquels il est difficile d'agir de façon directe afin de corriger les déséquilibres.
[0042] On s'est rendu compte qu'il était possible d'éliminer ce courant de déséquilibre en utilisant un dispositif d'injecteur analogue à celui de la figure 1 avec quelques modifications représentées de façon très schématique à la figure 3.
[0043] Il comprend alors un tube d'injecteur 120 à l'extrémité duquel est montée une tuyère supersonique 122. Aucune buse n'est prévue à la sortie de cette tuyère. Au col 124 de la tuyère 122 est disposée la pointe 125 d'une électrode- aiguille 126 quiest reliée à une source de haute tension, constituée par le transformateur 64 de la figure 1, par l'intermédiaire d'un condensateur C 130. Contrairement à la réalisation de la figure 1, le corps de tuyère 122 est composé d'une matière isolante, par exemple une résine synthétique à l'intérieur de laquelle est noyé un anneau conducteur ou anneau de garde métallique 132 relié à la masse par un conducteur 134, enrobé d'un revêtement 137 de résine isolante semblable à celle qui constitue le corps de tuyère 122 sur une partie au moins de son trajet à la terre ou à la masse. L'aiguille 126 est reliée au condensateur C 130 par un conducteur 136, lui-même enrobé d'un isolant 138.
[0044] En fonctionnement, on a constaté que le dispositif schématiquement illustré par la figure 3, alimenté en tension alternative sinusoïdale ou en créneaux rectangulaires avec une valeur de crête de 20 kV permettait d'obtenir un écoulement quasi simultané de charges de signes différente à la sortie de cette tuyère dont la charge globale était rigoureusement nulle.
[0045] Dans l'application de ce dispositif à un éliminateur d'électricité statique, le flux de particules chargées émises à la sortie et dirigées vers une zone d'espace entourant un corps électrisé à décharger est globalement neutre. Un tel éliminateur permet d'obtenir la formation d'une très forte concentration de particules ionisées positives et négatives dans l'environnement du corps électrisé qui reste tout à fait équilibrée au point de vue électrique. Les essais effectués montrent que l'on obtient alors une décharge complète extrêmement rapide de corps électrisés portés à des potentiels de plusieurs dizaines de milliers de volts. Par exemple, un corps chargé de 30 kV et placé à 3 m d'un injecteur alimenté dans les conditions décrites ci-dessus à propos de la figure 1 est déchargé dans un temps de l'ordre d'une seconde.
[0046] D'autres essais ont conformé ces résultats. Ainsi, on place un corps métallique qui est frappé par le jet à la sortie de l'injecteur de la figure 3 dans une zone correspondant à la zone 90 de la figure 2. Ce corps est relié à la masse par un conducteur dans lequel on monte en série un galvanomètre ultra sensible pour détecter le passage éventuel d'un courant. On constate qu'aucun courant décelable ne traverse ce galvanomètre, ce qui est bien l'indication que le bilan des charges captées par le corps conducteur est effectivement nul. En effet, si on renouvelle la même expérience avec un injecteur du type décrit à la figure 1, c'est-à-dire ne comportant ni un condensateur tel que C 130 pour l'alimentation de l'aiguille 46 ni une tuyère dont la surface en regard de la pointe 48 de l'électrode 46 est isolante, on décèle en général un courant continu non négligeable dû au déséquilibre entre les flux de charges positives et négatives qui frappent le corps,.
[0047] En fonctionnement, le dispositif à tuyère" isolante de la figure 3 voit le condensateur C 130 se charger à un potentiel relativement faible, soit par exemple de quelques centaines de volts.Si le corps électrisé à décharger est placé à distance relativement proche de la buse d'éjection de l'injecteur,on constate qu'il maintient un niveau de potentiel au plus égal à celui de la pointe 126. Ce niveau de potentiel d'électrisation de l'ordre de 500 volts est tout à fait sans danger si on sait que les potentiels d'électrisation des corps que l'on cherhce à décharger à l'aide de la présente invention peuvent couramment atteindre plusieurs dizaines de kilo volts. On constate que, lorsqu'on éloigne le corps de la sortie de l'injecteur, le niveau de ce potentiel continu sur la corps baisse très sensiblement.
[0048] Pour certaines applications, on souhaite cependant réduire le potentiel résiduel du corps placé à distance pour l'amener à un niveau électrique rigoureusement neutre. Un mode de réalisation de l'invention prévoit alors des moyens complémentaires de mesurer le potentiel du corps par rapport à une masse de référence et des moyens d'agir sur la valeur de la tension continue de la pointe 126 pour asservir le potentiel électrique du corps à celui de la masse de référence.
[0049] On peut tenter d'expliquer la remarquable neutralité globale du flux de charges électriques transféré hors du dispositif éliminateur en constatant qu'aucun courant électrique continu ne peut circuler entre la pointe 125 de l'aiguille 126 et le corps de tuyère 122. Le champ électrique en chaque point de l'espace entre ces deux éléments, qui provoque la décharge corona alternative au col de la tuyère, présente des alternances positives et négatives dissymétriques. La différence d'amplitude entre ces alternances correspond à une composante de tension continue entre les armatures du condensateur C 130. Cette composante continue agit comme une polarisation tenant à compenser la dissymétrie entre les courants de charges produits par les alternances de signes opposés du système. En effet, on a indiqué précédemment que le rendement de production ionique des décharges corona de chaque signe dépend de la tension appliquée entre les électrodes entre lesquelles se produit cette décharge. Par le circuit selon l'invention, on réalise un déséquilibre entre la tension d'alimentation de la décharge positive et celle de la décharge négative pour égaliser automatiquement les rendements en particules des deux signes. A l'équilibre, toute composante continue qui tendrait à naître dans le courant de charges transmis par l'aiguille 126 sous l'influence d'un déséquilibre de ces rendements se traduit par une action de charge ou décharge du condensateur 130 qui vient compenser la tension d'alimentation de décharge corona dans un sens qui tend à supprimer ce déséquilibre des rendements de production de charges.
[0050] Si, par exemple, un déséquilibre tend à se manifester dans le sens d'une augmentation du courant d'ions positifs, il en résulte une composante continue de courant dans le circuit de l'aiguille 126 qui tend à décharger le condensateur C 130, si celui-ci était chargé positivement. La tension aux bornes du condensateur C 130 tend alors à baisser et la tension d'alimentation des électrodes au cours des alternances positives tend également à s'abaisser en entrai- nant une réduction du rendement de la production d'ions positifs qui compense le déséquilibre.
[0051] On peut compléter cette explication en considérant ce qui se passerait si la surface de la tuyère, au lieu d'être isolante, était conductrice comme dans le cas de l'injecteur de la figure 1. La zone d'avalanche de la décharge corona joue alors le rôle d'une résistance entre l'aiguille 126 et la surface,conductrice dans cette hypothèse, de la tuyère 122. Tout déséquilibre entre les flux de charges positives et négatives se traduit par un courant qui, au lieu de charger ou décharger le condensateur C 130 jusqu'à ce qu'il s'annule, tend à circuler en court-circuitant les armatures du condensateur C 130 à travers la tuyère et la masse.
[0052] On pourrait alors penser à bloquer ce courant continu en plaçant, comme on l'a représenté dans le schéma de la figure 4, un condensateur C 131 entre une tuyère conductrice 122' et la masse. Cependant, l'expérience montre alors que les tensions aux bornes des deux condensateurs en C 130 et C 131 tendent à croître en restant égales jusqu'à atteindre des valeurs très élevées (plusieurs dizaines de kV, voire 100 kV) dangereuses. En outre, on constate que le corps électrisé à décharger voit son potentiel augmenter dans des proportions analogues,ce.qui est inacceptable pour un éliminateur.
[0053] On peut, en effet, observer que les deux condensateurs C 130 et C 131 conservent des niveaux de tensions égaux à leurs bornes en raison de la liaison faiblement conductrice existant à travers la décharge couronne. Ainsi, les différences de potentiel entre les électrodes 125 et 122 à chaque alternance et les causes de déséquilibre qui y sont attachées ne sont pas modifiées par les condensateurs C 130 et C 131.
[0054] Dans le mode de réalisation de la figure 3, le matériau isolant sur la surface interne 124 de la tuyère constitue une résistance de valeur infinie entre la pointe 125 et le conducteur de 1-anneau de garde 132 (qui constitue la deuxième électrode proprement dite), tout en laissant agir le champ électrique. La distance entre cet anneau 132 et la surface de la tuyère résulte d'un compromis propre à éviter les claquages dudit revêtement isolant, tout en permettant d'obtenir un champ électrique suffisant et sans nécessiter des tensions prohibitivement élevées. La couche d'isolant 137 enfermant le conducteur 134 est destiné à empêcher l'établissement de trajets de courants parasites entre la pointe 125 et le conducteur de masse 134. De la même façon, l'isolant 138 est destiné à éviter la formation de courants parasites entre le conducteur 136 chargé à un potentiel continu comme il a été expliqué, et le reste du corps 120 de l'injecteur.
[0055] La capacité du condensateur C 130 est déterminée à une va- leure relativement faible de façon à limiter son niveau de charge électrique lorsqu'il est, en fonctionnement, porté à un potentiel de polarisation d'environ quelques centaines de volts. En effet, lorsqu'on déclenche la décharge corona, tout déséquilibre existant entre la production d'ions par les alternances positive et négative crée un courant continu qui s'atténue progressivement, en chargeant le condensateur C 130,jusqu'à ce que les flux de charges négatives et positives soient égaux. Une partie de ce courant continu frappe le corps électrisé à décharger et peut lui communiquer une charge résiduelle éventuelle au maximum égale à celle qu'acquiert le condensateur C 130. Il est préférable d'adopter une valeur de capacité relativement faible pour ce dernier condensateur afin de limiter la charge résiduelle éventuelle du corps électrisé. L'expérience montre qu'en pratique celle-ci peut être limitée à quelques 100 pF.
[0056] Pour les applications dans lesquelles on souhaite aboutir à un état électrique du corps rigoureusement neutre, on élimine la charge résiduelle au moyen d'un dispositif électronique comprenant des moyens de mesurer le potentiel électrique du corps et des moyens d'agir sur le potentiel de la pointe 126 par rapport à la masse de référence. Le potentiel électrique du corps 140 (figure 5) est mesuré au moyen d'un appareil connu de mesure de champ électrique 141 relié à la masse de référence et le signal produit est utilisé pour modifier le potentiel par rapport à la masse de la pointe 126 afin de ramener, ou maintenir le corps 140 à l'état électriquement neutre. A cet effet, un amplificateur 142, relié à la sortie de l'appareil 141 délivre une tension continue qui est de signe opposé au potentiel résiduel du corps 140 et que l'on applique soit sur l'anneau (figure 5) soit à l'extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur 64 (figure 7) ou encore à l'entrée d'un condensateur de liaison 143 dont la sortie est connectée à la pointe 126 (figure 6). En variante (figure 8), le signal délivré par l'amplificateur 142 commande une variation de l'amplitude de la tension alternative qui est appliquée à l'enroulement primaire du transformateur 64.
[0057] Un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit offre la possibilité de transporter un flux de charges électriques de signes différents sur des distances relativement grandes (plusieurs mètres) ce qui, comme on l'a expliqué précédemment, peut être intéressant dans certaines applications aux éliminateurs d'électricité statique, notamment pour des corps sous forme diffuse ou pulvérulente. En outre, en raison à la fois de cette grande distance et surtout du fait que l'intérieur de l'enceinte définie par le corps de l'injecteur se trouve pratiquement isolé de la zone d'espace considérée par le jet gazeux qui s'en échappe, aucun risque de contact entre une atmosphère explosive dans cette zone d'espace et la décharge couronne à l'intérieur de cette enceinte n'est à craindre.
[0058] On peut d'ailleurs prévoir, conformément à une caractéristique supplémentaire de l'invention,d'établir un interrupteur 110 (figure 1) sur le circuit d'alimentation électrique du dispositif de décharge couronne qui fonctionne en réponse au signal de sortie 113 d'un pressostat 112 placé sur la conduite d'alimentation 55 de l'injecteur en air comprimé. De cette façon, les électrodes propres à produire la décharge corona ne peuvent être mises sous tension que lorsque l'air comprimé est admis dans l'injecteur et s'en échappe à grande vitesse par la buse 32. En outre,aucun arc électrique ne peut s'établir entre la pointe métallique telle que 125 et la terre, en raison de la tuyère isolante.
1. Procédé pour modifier la concentration en charges électriques d'une zone d'espace,
dans lequel on provoque la formation d'une décharge en couronne de polarité alternativement
positive et négative à l'intérieur d'une enceinte (22) dans laquelle on détend un
courant de gaz comprimé chargé d'une substance propre à changer de phase sous l'effet
du refroidissement occasionné par la détente de façon à former, par condensation de
la substance sur les ions positifs et négatifs produits par la décharge en couronne,
un aérosol de microparticules non gazeuses de ladite substance, qui sont entraînées
par le courant de gaz détendu hors de ladite enceinte vers la zone d'espace, caractérisé
en ce que, pour équilibrer électriquement les flux de charges positives et négatives
produits vers cette zone d'espace, on détecte un déséquilibre entre le courant de
charges positives et le courant de charges négatives et on modifie la tension de décharge
en couronne en réponse au déséquilibre détecté.
2. Générateur de charges électriques de signes différents dans une zone d'espace du
type comprenant :
une enceinte propre à recevoir un gaz sous pression et chargé d'une substance propre à se condenser sous l'effet du refroidissement occasionné par une détente,
un corps limitant une tuyère (122) dans cette enceinte pour détendre le gaz sortant de cette enceinte,
une électrode (126) effilée dont la pointe (125) est située à proximité du col de la tuyère ; et
des moyens d'alimentation (134, 136) propres à raccorder électriquement cette électrode effilée à une première borne d'une source de tension alternative et une partie conductrice du corps de la tuyère à une deuxième borne de cette source pour produire une décharge par effet couronne dans le gaz entre ladite électrode et le col de la tuyère, caractérisé en ce que la surface (124) de ladite tuyère à l'intérieur de l'enceinte est électriquement isolante.
3. Générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une buse
(32) à la sortie de la tuyère pour éjecter le gaz détendu hors de l'enceinte.
4. Générateur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens
d'alimentation en tension de ladite électrode effilée de la tuyère comprennent un
condensateur en série entre cette électrode effilée et la tuyère.
5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps de la tuyère
(122) est composé d'un matériau isolant dans lequel est disposé un conducteur (132)
formant ladite partie conductrice et raccordé à ladite deuxième borne.
6. Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le conducteur est un
anneau métallique (132) coaxial à ladite tuyère enrobé dans le matériau isolant.
7. Générateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que
les moyens pour raccorder le corps de la tuyère à la source de tension alternative
comprennent un conducteur (134) isolé sur une partie au moins de sa lon- gueur à partir
de la tuyère.
8. Générateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il
comprend un moyen (112) sensible à la pression de gaz admis dans l'enceinte et des
moyens (110) propres à interdire l'alimentation électrique de la décharge tant que
ce moyen sensible à la pression n'a pas détecté le dépassement d'un seuil de pression
de gaz prédéterminé.
9. Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens
(141) pour mesurer le potentiel de la zone d'espace, des moyens pour engendrer une
tension continue de signe opposé et connectés pour modifier le potentiel de l'électrode
effilée (126) en fonction de cette tension continue pour amener ladite zone d'espace
à un état neutre.
10. Générateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer
ladite tension continue sont connectés à l'électrode effilée (126) à travers un condensateur
(143).
11. Générateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer
ladite tension continue sont connectés à la partie conductrice de la tuyère (132).
12. Générateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer
ladite tension continue sont connectés directement à ladite source de tension électrique.
13. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit condensateur
est interposé sur le circuit reliant l'électrode effilée à la source de tension alternative.
14. Générateur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la liaison
entre l'électrode effilée et la source de tension alternative est entourée d'une protection
isolante sur une partie au moins de sa longueur.
15. Générateur de charges électriques de signes différents dans une zone d'espace,
du type comprenant une enceinte propre à recevoir un gaz sous pression et chargé d'une
substance propre à se condenser sous l'effet de refroidissement occasionné par une
détente, une première et une deuxième électrode à l'intérieur de cette enceinte, des
moyens d'alimentation pour établir entre ces électrodes une différence de poten- teil
alternative pour créer des ions positifs et négatifs dans ce gaz par effet couronne
des moyens prores à provoquer la détente du gaz comprimé à la sortie de cette enceinte
pour former des courants d'ions positifs et négatifs en direction de ladite zone d'espace,
caractérisé en ce que les moyens d'alimentation sous tension desdites première et
deuxième électrodes comprennent des moyens pour détecter un déséquilibre entre le
courant de charges positives et le courant de charges négatives produits à la sortie
de ladite enceinte et des moyens propres à modifier l'amplitude respective des alternances
positives et négatives de la tension appliquée auxdites électrodes pour maintenir
un équilibre électrique entre lesdits flux de charges positives et négatives éjectées
vers la zone d'espace.
16. Procédé d'élimination de charges électriques d'un corps électrisé, caractérisé
en ce qu'on élève la concentration de l'espace environnant ce corps en charges électriques
positives et négatives en y injectant un flux de charges électriques de signes différents,
globalement neutre, par un procédé selon la revendication 1.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on détecte en outre le
champ électrique régnant à proximité du corps à décharger et on asservit l'alimentation
alternative de ladite décharge en couronne en fonction du champ détecté de façon à
maintenir ce champ à une valeur prédéterminée, par exemple nulle.