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WO2006103287A2 - Dispositif micro-onde pour le traitement d'un flux par un rayonnement lumineux - Google Patents

Dispositif micro-onde pour le traitement d'un flux par un rayonnement lumineux Download PDF

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WO2006103287A2
WO2006103287A2 PCT/EP2006/061222 EP2006061222W WO2006103287A2 WO 2006103287 A2 WO2006103287 A2 WO 2006103287A2 EP 2006061222 W EP2006061222 W EP 2006061222W WO 2006103287 A2 WO2006103287 A2 WO 2006103287A2
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WO
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cavity
microwave
enclosure
channel
microwaves
Prior art date
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PCT/EP2006/061222
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Pascal Sortais
Xavier Pellet
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RC-LUX
RC LUX
Original Assignee
RC-LUX
RC LUX
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Publication date
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Priority to EP06743230A priority patent/EP1869695A2/fr
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    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
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    • C02F2201/3227—Units with two or more lamps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2307/06—Mounted on or being part of a faucet, shower handle or showerhead

Definitions

  • the invention relates to the general technical field of the treatment of a flux by light irradiation.
  • the invention relates to the technical field of treating a gas, a liquid, or a solid by means of infrared, visible or ultraviolet light radiation emitted by a device excited by microwave and generating Cyclotron Electron Resonance (ECR).
  • ECR Cyclotron Electron Resonance
  • the invention is advantageously but not limited to application in the field of sterilization of water and air.
  • These devices include:
  • microwave generation means comprising a microwave generator and means for bringing the microwaves of the generator to the cavity
  • an irradiation channel in which the flux to be irradiated circulates, at least one chamber, positioned inside the cavity, containing a plasma intended to be excited by the microwaves so as to emit light radiation.
  • These devices have specific geometries and arrangements depending on the substance to be irradiated and the desired irradiation mode.
  • Patents WO9837962 and WO9953524 define a rectangular microwave cavity, a tubular irradiation channel, an annular chamber positioned inside the microwave cavity around the irradiation channel of a gas or liquid flow.
  • Patents JP611046290 and JP61198545 define a rectangular cavity, an irradiation channel merged with the microwave cavity and serving as a water reservoir. The plasma chamber is inside the microwave cavity, immersed in the water to be treated.
  • Patents FR2674526 and US3911318 describe a tubular microwave cavity, a tubular irradiation channel and an annular chamber positioned inside the microwave cavity, around the irradiation channel of an optical fiber or a fluid.
  • US5931557 patent defines a rectangular cavity and several geometries of irradiation channels associated with plasma enclosures for irradiating an air flow.
  • the patent US6559460 designed in a more complex microwave cavity geometry, adds light reflection means to improve the uniformity of the irradiation of a substrate flux.
  • the term “brightness” refers to the radiation density per unit area. In the context of the present invention, the term “brightness” refers to the radiation density per unit area. In the context of the present invention, the term “brightness” refers to the radiation density per unit area. In the context of the present invention, the term “brightness” refers to the radiation density per unit area. In the context of the present invention, the term “brightness” refers to the radiation density per unit area.
  • NCE is known to improve the energy level of microwave excited plasmas.
  • US 3,911,318 discloses a microwave device for processing a material flow by light irradiation.
  • the device comprises Helmholtz coils for generating a magnetic field to obtain an ECR inside an annular plasma enclosure enveloping a tubular irradiation circuit.
  • this device is bulky because of the use of Helmholtz coils, this device is not very compact because the microwave cavity is of a volume that is multiple of the wavelength (useless volume between the microwave cavity and the plasma enclosure) in order to obtain zones of maximum electromagnetic field; this device does not protect the irradiation channel of microwaves, which is particularly penalizing in the case of the treatment of a liquid,
  • this device does not have all the necessary safety conditions for the treatment of a flow and more particularly of a liquid: in particular, the device exhibits microwave leaks at the inlet and outlet of the flow; to treat, o the use of the device described in US 3,911,318 is dangerous if the flow to be irradiated is water because the use of Helmholtz coils requires the application of large currents to allow the generation of a field magnetic field sufficiently powerful that a Cyclotron Electron Resonance is obtained.
  • An object of the invention is to propose a microwave treatment device for the flow (liquid, gas or solid) having all the necessary security and which combines compactness, brightness and efficiency, low power operation and which optionally allows protect the fluid from microwaves if necessary.
  • a device for the treatment of a flux by a light radiation comprising:
  • microwaves means for generating microwaves; at least one microwave cavity comprising microwave-tight walls for confining the microwaves;
  • At least one irradiation channel in which the flow to be treated circulates
  • At least one chamber containing a plasma located inside the microwave cavity, means for generating a magnetic field, enclosure (s), cavity (s), and means for generating the magnetic field and microwaves being arranged so as to generate a cyclotron resonance of electrons inside the (s) the enclosure (s) for emitting light radiation for irradiating the fluid to be treated, wherein the magnetic field generating means are constituted by at least one permanent magnet and each enclosure is disposed in the immediate vicinity of at least one magnet.
  • flux is intended to mean a gas, a liquid or a moving solid, that is to say more particularly that circulate in the channel.
  • the term "immediate proximity” is understood to mean a distance D between the enclosure and the permanent magnet less than or equal to a dimension L of the magnet along an axis (parallel to the vector d magnetization of the magnet) favored magnetization of the magnet, preferably less than or equal to L / 2.
  • Preferred but non-limiting aspects of the device according to the invention are the following:
  • each cavity is part of a volume, at least one of the characteristic dimensions (height, length, width) of the smallest volume in which the microwave cavity is inscribed being less than 25 centimeters,
  • the device comprises means for controlling the microwave power, and / or the gas pressure and / or the temperature of the device, at a desired light intensity
  • the device comprises means for modulating the power of the microwaves in the enclosure, these means for modulating the power generating pulses,
  • each cavity is associated with a single antenna.
  • the permanent magnet (s) is (are) disposed inside the microwave cavity (s).
  • the (or) channel (s) is (are) disposed (s) inside the (or) cavity (s).
  • the walls forming the (or) cavity (s) and the walls forming the (or) channel (s) may be merged, and the device may comprise a plurality of enclosures and a plurality of permanent magnets.
  • the device comprises one or more cavities arranged to encompass the channel (s), the walls of the cavity (s) ( s) facing the (or) channel (s) being transparent to the light radiation.
  • the (or) channel (s) is (or are) tubular, and the (or) cavity (s) is (or are) ring-shaped.
  • the second variant of the embodiment can: - either comprise a single ring-shaped enclosure,
  • each enclosure is associated with a permanent magnet of its own, ie each magnet is associated with a plurality of speakers, or
  • each enclosure is associated with a plurality of permanent magnets.
  • the device may comprise means for reflecting the light radiation arranged so as to direct the light radiation towards the flow to be treated.
  • the (or) outer wall (s) of the (or) cavity may (wind) be opaque (s) to light radiation.
  • the means for generating microwaves comprise either: a microwave energy generator and a waveguide, the waveguide being disposed between the generator and the cavity to guide the microphones; - waves generated by the generator to the cavity,
  • a microwave energy generator at least one coaxial cable, and at least one antenna
  • the cable (s) being (are) arranged between the generator and the cavity
  • the antenna (s) ( s) being disposed within the cavity (s).
  • the invention also relates to a method for treating a flux by light radiation by using a device according to one of the two preceding claims, the light radiation having a predetermined light spectrum and intensity, characterized in that the method comprises a step of controlling the spectrum as a function of the average time power of the microwaves in the enclosure and the maximum power of the microwaves in the pregnant.
  • FIGS. 1, 2, 6, 7, 9 and 11 are longitudinal sectional views of various embodiments of the device according to the invention
  • FIGS. 3, 4, 5, 8, 10 and 12 are views. in cross section of different embodiments of the device according to the invention.
  • FIG. 13 schematically illustrates a particular embodiment of an assembly comprising four devices according to the invention
  • FIG. 14 represents, as a function of time, three particular embodiments of the microwave energy supplying the device according to the invention. the invention.
  • the device according to the invention comprises: microwave generation means 10a, 10b, 10c,
  • At least one microwave cavity for confining the microwaves
  • At least one irradiation channel in which the flow to be treated circulates at least one enclosure 40 containing a plasma, situated inside the microwave cavity, and
  • the means for generating microwaves 10a, 10b, 10c comprise a microwave energy generator 10a and means for bringing the microwaves 10b, 10c into the cavity 20.
  • the microwave energy generator 10a and the means for guiding the microwaves 10b, 10c in the cavity 20 may be any means known to those skilled in the art to perform these functions.
  • the microwave energy generator 10a is for example of the electron tube type, transistor, or magnetron.
  • the means for bringing the microwaves 10b, 10c into the cavity 20 are, for example:
  • a waveguide (s), a coaxial cable (s) 10b and an antenna (s) 10c a waveguide (s), a coaxial cable (s) 10b and an antenna (s) 10c.
  • microwaves is intended to mean electromagnetic waves of frequencies greater than 1 GHz, preferably less than 30 GHz, more preferably between 1.8 GHz and 6.4 GHz.
  • microwave energy generators of standard microwave ovens allow the generation of magnetic waves with a frequency of 2.45 GHz. Since these microwave energy generators are widespread, microwave energy generators can advantageously be used for generating magnetic waves of frequency equal to 2.45 GHz.
  • Microwave cavity 20 is a Faraday cage.
  • the microwave cavity 20 is intended to confine the microwaves within it to protect the external environment against the electromagnetic fields produced inside the cavity 20.
  • the cavity 20 comprises walls that are opaque to the microphones. -ondes.
  • the cavity may comprise walls that are transparent to light, and more particularly the walls of the cavity directly facing the channel in which the flow to be treated circulates.
  • the walls transparent to light, and opaque to microwaves may be electrically screened conductor 23 or 24.
  • the microwave cavity 20 is of any shape and size. More particularly, the shape and dimensions of the cavity 20 are independent of the frequency of the microwaves.
  • the irradiation channel 30 is a volume of any shape and size and variable along the channel 30.
  • the channel 30 includes a stream inlet 30a and a stream outlet 30b.
  • the irradiation channel 30 allows the circulation of the flux to be irradiated, the direction of circulation of the flow being given by the arrow referenced SCF in the accompanying drawings.
  • the irradiation channel is made of a material that is transparent to light radiation, preferably made of quartz or glass.
  • the channel is a removable tube.
  • the tube can simply be replaced by a clean tube. Descaling can also be done with a brush.
  • the chamber 40 containing the plasma is a sealed enclosure for the confinement of any gas at low pressure.
  • This enclosure 40 is of any shape and size.
  • the walls of the chamber 40 are transparent to microwaves.
  • the enclosure 40 comprises at least one wall transparent to the light radiation emitted by the plasma. This transparent wall is the wall facing the channel in which the flow to be treated flows.
  • the other wall of the enclosure may optionally be opaque to light radiation, and preferably include a reflective coating for reflecting light radiation to the channel.
  • low pressure means a pressure of between 10 -4 and 10 millibar.
  • the means for generating a magnetic field 50 are means for generating a magnetic field.
  • the enclosure 40 (or the enclosures), the cavity (s) 20, and the means 10a, 10b, 10c, 50 for generating the magnetic field and the microwaves are arranged in such a way as to generate a Cyclotron Resonance Electron (hereinafter referred to as ECR) inside the enclosure (or enclosures) to emit light radiation for irradiation of the fluid to be treated.
  • ECR Cyclotron Resonance Electron
  • RCE or Gyromagnetic Resonance
  • the principle of plasma activation consists in superimposing on an electromagnetic wave of a given frequency a static magnetic field such that the frequency of gyration of the electrons in the magnetic field is equal to the frequency of the electromagnetic excitatory wave.
  • the electrons of the plasma gain energy and, by collision, ionize the plasma: a light radiation is then generated.
  • the phenomenon of RCE improves the brightness and effectiveness of the radiation of the enclosure.
  • a first feature of the device according to the invention relates to the fact that the generation means of the magnetic field 50 are constituted by at least one permanent magnet.
  • This permanent magnet 50 is of any shape.
  • the dimensions of the permanent magnet 50 are chosen as small as possible in order to obtain the ECR in the enclosure. The person skilled in the art knows how to determine the minimum dimensions of the magnet making it possible to obtain an ECR in the enclosure. Whatever the shape of the permanent magnet 50, it has a preferred axis of magnetization parallel to the magnetization vector of the magnet.
  • the permanent magnet 50 may be constituted by a single magnet or by a plurality of elementary permanent magnets contiguous.
  • a second feature of the device according to the invention relates to the fact that the means for generating the magnetic field 50 are arranged near at least one enclosure 40.
  • the term "immediate proximity” means a distance D between the enclosure 40 and the permanent magnet 50 less than or equal to the dimension L of the magnet 50 along the axis of the magnet.
  • preferred magnetization of magnet 50 preferably less than or equal to L / 2.
  • the permanent magnet 50 is in contact with the wall of the enclosure 40 - in other words the distance D between the enclosure 40 and the magnet 50 is zero - possibly with a reflector wall 60 or cavity 20 between permanent magnet 50 and enclosure 40.
  • the means for generating the magnetic field 50 consist of one or more magnets 50 disposed in the immediate vicinity of one or more enclosures 40 allows:
  • zones 80 of brightness by RCE which can be positioned, freely and precisely, in order to optimize the effectiveness of the irradiation with respect to the flow to be treated.
  • the enclosure 40 is of annular shape and comprises, for example, a mercury plasma for emitting a radiation with a wavelength of 254 nm which is bactericidal.
  • the chamber 40 is disposed around the irradiation channel 30 which has a tubular shape.
  • the chamber 40 is disposed inside the microwave cavity 20 which is also annular in shape and includes the irradiation channel 30.
  • An application of the embodiment illustrated in FIG. 1 can be the treatment of small flows. of water by a light radiation of wavelength equal to 254nm.
  • the channel 30 is preferably tubular and transparent to light radiation over its entire surface to allow very efficient irradiation, under 4pi, of the flow in order to eliminate bacteria for example.
  • the means for generating microwaves 10a, 10b, 10c comprise a microwave energy generator 10a connected to one or more coaxial cables 10b and 10c antenna (s). for bringing the microwaves generated by the generator into the cavity.
  • a coaxial cable - which has the particularity of being flexible - associated with an antenna is easier to arrange a waveguide - which is rigid and bulky (indeed, at least one of the characteristic dimensions of the guide is generally greater half a wavelength of microwaves).
  • the efficiency of a waveguide for bringing the microwaves into the cavity depends on its shape and its dimensions.
  • the combination of an antenna and a coaxial cable to bring the microwaves into the cavity does not have any shape constraints. Therefore, the use of a coaxial cable 10b associated with an antenna 10c for the microwaves into the cavity 20 allows greater flexibility in the implementation of the device according to the invention.
  • the device according to the invention can also be implemented with a waveguide.
  • the antenna 10c is preferably entirely disposed within the microwave-opaque cavity.
  • the channel and the external environment are completely protected from possible irradiation by microwaves.
  • Irradiation by the microwaves of the channel 20 can lead to interactions between the flow to be treated and the microwaves.
  • the interaction of microwaves with a non-zero dipole moment liquid such as water can result in:
  • the various elements of the device according to the invention are arranged in such a way as to cause an enclosure in the enclosure. This allows instant ignition, for example in a millisecond. This allows multiple applications of the device according to the invention and in particular the treatment of a non-continuous flow, such as for example the sterilization of water on demand, where the device must in principle be lit only when a tap of water is open.
  • the permanent magnets 50 are disposed inside the cavity 20 and in contact with the external wall of the enclosure 40.
  • the magnets 50 are distributed around the enclosure 40 to homogenize the radiation of the resonance zones 80 on the irradiation channel 30.
  • the distal walls 42 (relative to the channel 30) of the enclosure 40 can opaque to the light radiation, and preferably reflective to reflect the light radiation to the channel in which the flow flows.
  • the cavity has proximal walls 21, with respect to the canal
  • the distal walls 22 with respect to the channel 30 of the cavity 20 may be opaque to light radiation. This is the case in particular when the plasma contained in the chamber 40 is mercury which emits light radiation in the UV range which must not leave the cavity for security reasons so as not to irradiate users close to the device.
  • the device illustrated in FIG. 1 further comprises means of reflection of the light radiation 60 arranged so as to direct the light radiation towards the flow to be treated.
  • the reflection means of the light radiation 60 are a reflective coating layer deposited on the external face of the wall of the enclosure 40 and arranged so as to reflect the light radiation towards the channel
  • the reflective coating layer is deposited on the portion of the outer face of the enclosure 40 furthest from the channel 30 in which the flow flows.
  • the device illustrated in Figure 1 can for example be integrated in the shower head with a UV blocking system to the outside, or be associated in an extremely compact system incorporating a pre-filter and an anti-scale system.
  • FIG. 2 there is illustrated another embodiment of the device according to the invention adapted to the treatment of a liquid such as water for flow rates of between 10 and 100 m3 / h.
  • This embodiment differs from the embodiment illustrated in FIG. 1 in that, in this embodiment, the magnets 50 are disposed outside the cavity 20 but in contact with the cavity 20, and the enclosure 40 occupies almost the entire volume of the cavity (ie the volume of the cavity minus the volume necessary to have the antenna 10c). With such a device, it maximizes the volume of the channel directly facing the enclosure to maximize the passage time of the water in the enclosure, while minimizing the dimensions of the cavity 20.
  • the permanent magnets of the device illustrated in FIG. 2 are disposed outside the microwave cavity and in contact with the wall of the cavity 20 to be in immediate proximity to the chamber 40. This allows the use of non-multi-dimensional cavity size of the microwave wavelength and diameter less than 24.4 centimeters, which corresponds to twice the wavelength of microwaves at the frequency of 2.45 GHz.
  • each cavity 20 fits in a volume, at least one of the characteristic dimensions (height, length, width) of the smallest volume in which the microwave cavity 20 is inscribed being less than about 25 centimeters ( more precisely 24.4 centimeters), which corresponds to twice the wavelength of microwaves at the frequency of 2.45 GHz.
  • At least one of the characteristic dimensions of the smallest volume in which the cavity fits will preferably be less than 12 centimeters.
  • at least one of the characteristic dimensions of the smallest volume in which the cavity fits is preferably less than about 48 centimeters.
  • the magnets are distributed around the chamber to homogenize the radiation of the resonance zones on the irradiation channel.
  • FIG. 1 the embodiment illustrated in FIG. 1 is illustrated in cross-sectional view, which makes it possible to better appreciate the particular disposition of the permanent magnets 50 in the cavity 20.
  • Four permanent magnets are arranged around the annular enclosure 40 located inside the cavity 20.
  • the magnets 50 are arranged symmetrically with respect to the axis of the channel 30, and in immediate proximity to the wall of the enclosure 40.
  • the chamber 40 and the cavity 20 envelop a tubular channel.
  • An antenna 10c is disposed inside the cavity 20 for the generation of microwaves.
  • the permanent magnets 50 generate field lines which make it possible to obtain resonance zones 80 around the channel 30 in which the flux to be treated circulates.
  • the wall of the enclosure 40 furthest from the channel 30 comprises a reflective coating which makes it possible to reflect the light radiation R towards the channel 30.
  • the wall farthest from the channel is made of aluminum to be opaque to microwaves and reflect the light radiation.
  • the proximal wall 21 of the cavity 20 is an electrically conductive mesh 23 to be opaque to microwaves and transparent to light radiation.
  • proximal wall 21 mesh can be removed to be transparent to light radiation and microwaves, for example when the flow to be treated does not interact with the microwave (absorbing).
  • the device may be associated with means external to the device for avoiding irradiation of users located near the device.
  • These external means may for example be arranged along the channel 30, at the input and at the output of the device according to the invention.
  • a device according to the variant described above can be used. However, the water interacting with the microwaves absorbing them, the effectiveness of the device is diminished, and the water is heated.
  • FIG. 4 there is illustrated another embodiment of the device according to the invention.
  • This embodiment is particularly suitable for the treatment of liquid such as water for flow rates of between 100 and 1000 m 3 / h.
  • the permanent magnets 50 are disposed inside the cavity 20. This is made possible by the use of permanent magnets as means for generating the magnetic field instead of Helmholtz coils which, unlike permanent magnets, can not be disposed inside the cavity 20 because of the incompatibility between the coils and microwaves.
  • the use of permanent magnets 50 disposed inside the cavity 20 makes it possible to reduce the dimensions of the device to the dimensions of the cavity 20 and thus to improve the compactness of the device, whereas the use of Helmholtz coils , necessarily placed outside the cavity, causes an increase in the dimensions of the device, the dimensions of the coils adding to the dimensions of the cavity.
  • the device comprises a plurality of speakers. These speakers are associated with a plurality of permanent magnets.
  • each chamber 40 has a tubular shape.
  • the speakers of the device illustrated in Figure 4 are arranged around the irradiation channel 30, along it.
  • the axes of symmetry of revolution of the speakers are parallel to the axis of symmetry of revolution of the channel (when it is tubular).
  • the light ray reflection means 60 are a reflective coating layer deposited on the inner face of the outer wall of the cavity 20 and arranged so as to reflect the light radiation R towards the channel 30. More particularly the reflective coating layer is deposited on the portion of the inner face of the cavity 20 other than that directly opposite the channel 30 in which flows, which may be a grating 23.
  • FIG. 5 there is illustrated another embodiment of the device according to the invention.
  • the device comprises a plurality of speakers 40, cavities and antenna 10c, including four of each in Figure 5, shown in section.
  • the cavities are arranged to surround the channel in which the flow to be treated flows.
  • the walls in contact with two adjacent cavities are an electrically conductive grid 24 so as to be opaque to microwaves and transparent to light radiation.
  • Each cavity 20 has an associated chamber 40 and an associated antenna 10c.
  • the enclosures 40 are arranged around the channel 30.
  • the enclosures 40 preferably have a cylindrical tubular shape and are arranged along the channel 30, itself tubular and cylindrical.
  • the reflection means of the light radiation 60 are independent reflectors.
  • Each reflector 60 is associated with a cavity 20, and comprises a reflective surface disposed facing the enclosure 40 and facing the channel 30 in which the flow flows.
  • the device further comprises a plurality of permanent magnets.
  • Each cavity 20 is associated with a magnet 50.
  • the permanent magnets 50 are disposed outside the cavities, each magnet being in contact with the outer wall of its associated cavity 20 to be in immediate proximity to its associated enclosure.
  • Each magnet creates a magnetic field inside the enclosure associated with it.
  • Each antenna 10c emits microwaves into its associated cavity 20, and thus into its associated enclosure, which makes it possible to obtain the phenomenon of ECR.
  • the fact that the device illustrated in FIG. 5 comprises a plurality of cavities makes it possible to control the distribution of the microwave power in each cavity, and thus to homogenize the radiation on all the speakers in order to optimize the irradiation of the flux.
  • the device according to the invention is used for the sterilization of water.
  • the device comprises quick attachment means 70 for connecting the irradiation channel to a flow distribution point 80, such as a water valve.
  • the quick fastening means 70 comprise fastening means by screwing or snap-fastening, and preferably comprise a flexible seal that is adaptable to the distribution point of the flow 80.
  • the microwave energy generator 10a is disposed at a distance from the cavity 20, and connected to the cavity via a coaxial cable 10b and an antenna 10c to bring it microwaves in the cavity 20.
  • FIG. 6 notably makes it possible to process the last drop coming out of the distribution point 80.
  • FIGS. 7 and 8 another embodiment according to the invention is illustrated.
  • This embodiment is for example suitable for treating a gas. More specifically, this device is for example suitable for the treatment of air by irradiation. This embodiment makes it possible, for example, to emit light radiation (for example at a wavelength of 254 nm) on a stream of air in order to rid it of its bacteria.
  • the walls of the irradiation channel 30 and the cavity 20 are merged. Indeed, there is no interaction between microwaves and air.
  • the channel 20 is for example of cylindrical shape and of any size.
  • the device comprises a single enclosure 40 associated with a single permanent magnet 50.
  • the chamber 40 is disposed inside the cavity 20, and comprises for example a mercury plasma for emitting radiation at a wavelength of 254 nm bactericidal.
  • the inlet and the outlet of the channel 30 are closed by an electrically conductive grid to prevent microwave irradiation towards the outside of the cavity 20.
  • the permanent magnet 50 disposed inside the cavity 20, which increases the compactness of the device.
  • the device comprises means of reflections of the light radiation 60 on the internal face of the outer wall of the cavity 20.
  • the permanent magnet 50 is disposed within the enclosure 40. This makes it possible to avoid shadow areas inside the cavity, and thus to increase the efficiency of the treatment device according to the invention.
  • FIGS 11 and 12 are views in longitudinal and transverse section, there is illustrated another embodiment of the device according to the invention.
  • An application of this embodiment of the device according to the invention is for example the treatment of air by photo-catatlyse, using for example a TiO 2 type catalyst (titanium dioxide) which can be deposited on the internal faces of the cavity 20 or on a different support.
  • TiO 2 type catalyst titanium dioxide
  • Other types of catalyst known to those skilled in the art can be used.
  • This embodiment of the device according to the invention differs from the embodiment illustrated in Figures 7 to 10 in that it comprises a plurality of speakers 40 and a plurality of magnets.
  • Each chamber is preferably tubular and contains, for example, a nitrogen plasma (for emitting UV-A and UV-B radiation which optimizes the TiO2 catalysis phenomenon).
  • the arrangement (in bundle) and the shape of the speakers make it possible to maximize the surface of radiation and contact between the air, the TiO2, and the UV radiation.
  • the permanent magnets and the speakers are disposed inside the cavity and the irradiation channel (the walls of the channel and the cavity being merged in this embodiment).
  • Each permanent magnet 50 is associated with at least one speaker 40. This makes it possible to further increase the compactness of the device according to the invention.
  • FIG. 13 shows an assembly comprising four devices D1, D2, D3, D4 according to the invention. It is thus possible to irradiate the flow flowing in irradiation channels 30, 30 ', 30 "with different light rays, that is to say with light rays having different spectra or intensities.
  • a control unit 18 also makes it possible to modulate the power P of the microwaves injected into the enclosure, for example in the form of pulses of any shape and frequency.
  • These pulses are preferably rectangular as shown in FIG. 14.
  • the three curves P1, P2, P3 correspond to the same average power Pmn, and thus to the same average light intensity.
  • a continuous power is injected into the enclosure.
  • the continuous power Pl is equal to the average power Pmn.
  • the average power Pmn injected is preferably between 10 and 1000 Watts.
  • the curve P2 represents rectangular pulses having a maximum power Pmax2, for example with a frequency of 50 Hz, and having a duty cycle such that the average power Pmn injected into the chamber is the same as that of the curve P1.
  • the curve P3 has a frequency twice as low as that of the curve P2 (in the example 50 Hz) and a maximum power Pmax3 of the rectangular pulses twice that of the curve P2.
  • the average power Pmn of the curves P1, P2, P3 is effectively equal.
  • the curves P1, P2, and P3 correspond to different light spectra.
  • the spectrum is controlled by the maximum power of the microwaves in the chamber and the intensity is controlled by the average power of the microwaves in the enclosure.
  • the spectra and the intensities of the different devices D1, D2, D3, D4 can be controlled by means of the maximum power of the average power. time of the microwaves injected into the enclosures corresponding to the devices D1, D2, D3, D4.
  • the device according to the invention provides radiation in the visible spectrum and in the UV spectrum, corresponding to emission lines of the atoms and ions of the gas.
  • the 254 nm line of the un-ionized mercury atom can be obtained with low maximum powers.
  • a light of wavelength equal to 254 nm exhibits photo-biological effects, in particular a germicidal effect.
  • emission lines of the ionized atoms having wavelengths of less than 200 nm for example the lines of the ionized mercury once, having wavelengths of 164.9 nm and 194.2 nm.
  • a light with these wavelengths has photochemical effects and makes it possible, for example, to generate hydroxyl free radicals by irradiation with a brightness of the order of 120 mJ / cm 2 for a single given wavelength.
  • a fluidic system for example an ozone-disinfected water circuit, comprising a first device according to the invention for generating ozone and a second device according to the invention, disposed downstream of the first device (according to the flow SCF flow direction), to remove ozone so that the ozone does not come out of the whole. Only the portion of the assembly disposed between the two devices then comprises ozone, without presenting a danger for the user.
  • a fluidic system for example an ozone-disinfected water circuit, comprising a first device according to the invention for generating ozone and a second device according to the invention, disposed downstream of the first device (according to the flow SCF flow direction), to remove ozone so that the ozone does not come out of the whole. Only the portion of the assembly disposed between the two devices then comprises ozone, without presenting a danger for the user.
  • the enclosure containing the plasma and the cavity are disposed within the channel.
  • the number of speakers, cavities, channels, and / or permanent magnets may vary depending on the applications.
  • the device may comprise permanent magnets disposed inside and outside the cavity, in immediate proximity to at least one enclosure.
  • the flow to be treated is water.
  • the device comprises a quartz irradiation channel (to be transparent to UV, of tubular shape, of diameter equal to 20 millimeters and length equal to 90 millimeters, ie a volume of 30 cubic centimeters for the channel).
  • the device also comprises a quartz enclosure, of annular shape, of external diameter equal to 60 millimeters arranged in a metal cavity (for example aluminum on the distal walls 22, and electrically conductive mesh on the proximal wall 21), also annular , with an outer diameter equal to 90 millimeters and a length of 110 millimeters, and permanent magnets in the cavity arranged in a cross-plan view around in contact with the enclosure (to respect the criterion of immediate proximity).
  • a quartz enclosure of annular shape, of external diameter equal to 60 millimeters arranged in a metal cavity (for example aluminum on the distal walls 22, and electrically conductive mesh on the proximal wall 21), also annular , with an outer diameter equal to 90 millimeters and a length of 110 millimeters, and permanent magnets in the cavity arranged in a cross-plan view around in contact with the enclosure (to respect the criterion of immediate proximity).
  • the water For a flow rate of 4 liters / hour, the water remains about 450 ms in the irradiation channel.
  • the chamber filled with a mercury plasma generates a radiation of about 10 Watts of UV at 254 nanometers.
  • This radiation makes it possible to reduce by 10 000 000 (log 7) the number of bacteria (for example the bacteria E.coli).
  • the invention therefore makes it possible to obtain a very compact system since the total size of the device, which corresponds to the bulk of the cavity in this embodiment, is equal to 0.7 liters.
  • Such a device can be placed at the end of a tap as illustrated 6.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif pour le traitement d'un flux par un rayonnement lumineux, le dispositif comprenant des moyens de génération de micro-ondes (10a, 10b, 10c), au moins une cavité micro¬ ondes (20) comprenant des parois étanches aux micro-ondes pour confiner les micro-ondes, au moins un canal d'irradiation (30) dans lequel circule le flux à traiter, au moins une enceinte (40) contenant un plasma, située à l'intérieure de la cavité micro-ondes, des moyens de génération d'un champ magnétique (50), enceinte(s), cavité(s), et moyens de génération du champ magnétique et des micro-ondes étant agencés de manière à générer une résonance cyclotronique d'électrons à l'intérieur de(s) l'enceinte(s) pour émettre un rayonnement lumineux permettant l'irradiation du fluide à traiter, remarquable en ce que les moyens de génération du champs magnétique sont constitués par au moins un aimant permanent et en ce que chaque enceinte est disposée à proximité immédiate d'au moins un aimant.

Description

DISPOSITIF MICRO-ONDE POUR LE TRAITEMENT D'UN FLUX PAR UN RAYONNEMENT LUMINEUX
L'invention concerne le domaine technique général du traitement d'un flux par irradiation lumineuse.
Plus particulièrement, l'invention concerne le domaine technique du traitement d'un gaz, d'un liquide, ou d'un solide au moyen d'un rayonnement lumineux infrarouge, visible ou ultraviolet émis par un dispositif excité par micro-onde et générant une Résonance Cyclotronique d'Électrons (RCE).
L'invention trouve avantageusement mais non limitativement application dans le domaine de la stérilisation de l'eau et de l'air.
PRESENTATION GENERALE DE L'ART ANTERIEUR
II a déjà été proposé des dispositifs permettant de traiter un flux par une irradiation lumineuse.
Parmi ces dispositifs, on connaît des dispositifs comprenant une ou plusieurs lampes basse ou moyenne pression mercure, alimentée en haute tension, positionnées à l'intérieur d'un réservoir permettant la circulation d'un flux.
Cependant, ces dispositifs présentent de nombreux inconvénients notamment en terme d'encombrement, de durée de vie, de difficulté d'allumage et de puissance non modulable des lampes moyenne et basse pression.
Pour pallier les inconvénients de ces dispositifs, on a proposé des dispositifs excités par micro-ondes.
Ces dispositifs comprennent :
- une cavité pour le confinement de micro-ondes et permettant l'entrée et la sortie du flux,
- des moyens de génération de micro-ondes comprenant un générateur de micro-ondes et des moyens permettant d'amener les micro-ondes du générateur à la cavité,
- un canal d'irradiation dans lequel circule le flux à irradier, - au moins une enceinte, positionnée à l'intérieure de la cavité, contenant un plasma destiné à être excité par les micro-ondes de manière à émettre un rayonnement lumineux.
Ces dispositifs ont des géométries et des agencements spécifiques en fonction de la substance à irradier et du mode d'irradiation désiré.
Les brevets WO9837962 et WO9953524 définissent une cavité micro-ondes rectangulaire, un canal d'irradiation tubulaire, une enceinte annulaire positionnée à l'intérieure de la cavité micro-ondes autour du canal d'irradiation d'un flux de gaz ou de liquide. Les brevets JP611046290 et JP61198545 définissent une cavité rectangulaire, un canal d'irradiation confondu avec la cavité micro-ondes et servant de réservoir d'eau. L'enceinte plasma est à l'intérieure de la cavité micro-ondes, immergée dans l'eau à traiter.
Les brevets FR2674526 et US3911318 décrivent une cavité micro- ondes tubulaire, un canal d'irradiation tubulaire et une enceinte annulaire positionnée à l'intérieure de la cavité micro-ondes, autour du canal d'irradiation d'une fibre optique ou d'un fluide.
Le brevet US5931557 définit une cavité rectangulaire et plusieurs géométries de canaux d'irradiation associés à des enceintes plasma destinées à irradier un flux d'air.
Le brevet US6559460, conçu dans une géométrie de cavité microondes plus complexe, rajoute des moyens de réflexion de la lumière pour améliorer l'uniformité de l'irradiation d'un flux de substrat.
Cependant, ces dispositifs induisent des contraintes opératoires sur :
- les dimensions et la forme de la cavité micro-onde (cf. WO9837962, JP611046290, JP61198545, US3911318, US5931557),
- la puissance micro-onde minimum à fournir (cf. WO9837962, JP61198545, FR2674526, US5931557, US6559460),
- le positionnement de la ou des enceinte(s) plasma à l'intérieur de la cavité micro-ondes (cf. US5931557 et US6559460) qui rendent ces dispositifs complexes à mettre en œuvre. Ces conditions multiples enseignées à l'homme du métier pour mettre en œuvre un dispositif excité par micro-ondes pour le traitement d'un flux ne lui permettent pas de fournir un dispositif compact.
De plus, les contraintes imposées dans ces documents sur la taille et la forme de la cavité micro-ondes, et sur le positionnement des enceintes à l'intérieur de la cavité empêchent d'optimiser l'irradiation du flux. De plus, ces dispositifs ont une efficacité et une brillance limitée.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « brillance », la densité de rayonnement par unité de surface. On entend, dans le cadre de la présente invention, par
« efficacité », un rendement correspondant au rapport de l'énergie lumineuse générée par le dispositif sur la puissance micro-onde fournie au dispositif.
Enfin, ces dispositifs fonctionnent très mal à faible puissance (inférieur à 200 Watts).
Pour pallier les inconvénients de faible brillance des dispositifs précités excités par micro-ondes, on a proposé des dispositifs utilisant le phénomène de RCE.
La RCE est connue pour améliorer le niveau énergétique des plasmas excité par micro-onde.
Elle consiste à introduire un champ magnétique qui, en fonction de la fréquence de l'onde micro-onde et la valeur du champ magnétique provoque, à l'intérieur de l'enceinte d'un plasma à très faible pression, une résonance cyclotronique des électrons du plasma. Ce phénomène améliore la brillance du rayonnement de l'enceinte.
Le document US 3 911 318 décrit un dispositif micro-onde permettant de traiter un flux de matériau par irradiation lumineuse.
Le dispositif comprend des bobines de Helmholtz pour la génération d'un champ magnétique afin d'obtenir une RCE à l'intérieur d'une enceinte plasma annulaire enveloppant un circuit d'irradiation tubulaire.
Cet appareil améliore la brillance de l'enceinte mais il présente les inconvénients suivants :
- ce dispositif est encombrant du fait de l'utilisation de bobines de Helmholtz, - ce dispositif est peu compact car la cavité micro-ondes est de volume multiple de la longueur d'onde (volume inutile entre la cavité micro-ondes et l'enceinte plasma) pour permettre l'obtention de zones de champ électromagnétique maximum, - ce dispositif ne protège pas le canal d'irradiation des micro-ondes, ce qui est particulièrement pénalisant dans le cas du traitement d'un liquide,
- ce dispositif ne présente pas toutes les conditions de sécurité nécessaires pour le traitement d'un flux et plus particulièrement d'un liquide: o en particulier, le dispositif présente des fuites micro-ondes au niveau de l'entrée et la sortie du flux à traiter, o l'utilisation du dispositif décris dans US 3 911 318 est dangereuse si le flux à irradier est de l'eau car l'utilisation de bobines de Helmholtz nécessite l'application de courants importants pour permettre la génération d'un champ magnétique suffisamment puissant pour qu'une Résonance Cyclotronique d'électrons soit obtenue.
Un but de l'invention est de proposer un dispositif micro-onde de traitement du flux (liquide, gaz ou solide) présentant toute la sécurité nécessaire et qui concilie à la fois compacité, brillance et efficacité, fonctionnement à faible puissance et qui permet optionnellement de protéger le fluide des micro-ondes si cela est nécessaire.
PRESENTATION DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit un dispositif pour le traitement d'un flux par un rayonnement lumineux, le dispositif comprenant :
- des moyens de génération de micro-ondes, - au moins une cavité micro-ondes comprenant des parois étanches aux micro-ondes pour confiner les micro-ondes,
- au moins un canal d'irradiation dans lequel circule le flux à traiter,
- au moins une enceinte contenant un plasma, située à l'intérieure de la cavité micro-ondes, - des moyens de génération d'un champ magnétique, enceinte(s), cavité(s), et moyens de génération du champ magnétique et des micro-ondes étant agencés de manière à générer une résonance cyclotronique d'électrons à l'intérieur de(s) l'enceinte(s) pour émettre un rayonnement lumineux permettant l'irradiation du fluide à traiter, dans lequel les moyens de génération du champs magnétique sont constitués par au moins un aimant permanent et chaque enceinte est disposée à proximité immédiate d'au moins un aimant.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « flux », un gaz, un liquide, ou un solide en mouvement, c'est-à-dire plus particulièrement qui circulent dans le canal.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « proximité immédiate » une distance D entre l'enceinte et l'aimant permanent inférieure ou égale à une dimension L de l'aimant le long d'un axe (parallèle au vecteur d'aimantation de l'aimant) d'aimantation privilégié de l'aimant, préférentiellement inférieure ou égale à L/2.
Des aspects préférés mais non limitatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants :
- chaque cavité s'inscrit dans un volume, au moins une des dimensions caractéristiques (hauteur, longueur, largeur) du plus petit volume dans lequel s'inscrit la cavité micro-ondes étant inférieure à 25 centimètres,
- le dispositif comporte des moyens d'asservissement, à une intensité lumineuse de consigne, de la puissance micro-onde, et/ou de la pression du gaz et/ou de la température du dispositif,
- le dispositif comprend des moyens de modulation de la puissance des micro-ondes dans l'enceinte, ces moyens de modulation de la puissance générant des impulsions,
- chaque cavité est associée à une antenne unique. Dans un mode de réalisation, le (ou les) aimant(s) permanent(s) est (sont) disposé(s) à l'intérieur de la (ou des) cavité(s) micro-ondes.
Selon une première variante de ce mode de réalisation, le (ou les) canal(s) est (sont) disposé(s) à l'intérieur de la (ou des) cavité(s). Optionnellement, les parois formant la (ou les) cavité(s) et les parois formant le (ou les) canal(aux) peuvent être confondues, et le dispositif peut comprendre une pluralité de d'enceintes et une pluralité d'aimants permanents.
Selon une deuxième variante de ce mode de réalisation, le dispositif comprend une (ou des) cavité(s) disposée(s) de manière à englober le (ou les) canal(aux), les parois de la (ou des) cavité(s) en regard du (ou des) canal(aux) étant transparente(s) au rayonnement lumineux. Par ailleurs, le (ou les) canal(aux) est (ou sont) de forme tubulaire, et la (ou les) cavité(s) est (ou sont) de forme annulaire.
La deuxième variante du mode de réalisation peut : - soit comprendre une enceinte unique de forme annulaire,
- soit comprendre une pluralité d'enceintes autour du canal. Optionnellement, dans le dispositif selon l'invention, soit :
- chaque enceinte est associée à un aimant permanent qui lui est propre, soit - chaque aimant est associé à une pluralité d'enceintes, soit
- chaque enceinte est associée à une pluralité d'aimants permanents.
Dans tous les cas, le dispositif peut comprendre des moyens de réflexion du rayonnement lumineux agencés de manière à diriger le rayonnement lumineux vers le flux à traiter.
Par ailleurs, dans tous les cas, la (ou les) paroi(s) externe(s) de la (ou des) cavité peut(vent) être opaque(s) au rayonnement lumineux.
De plus, dans tous les cas, les moyens de génération de microondes comprennent soit : - un générateur d'énergie micro-onde et un guide d'onde, le guide d'onde étant disposé entre le générateur et la cavité pour guider les micro-ondes générées par le générateur vers la cavité, soit
- un générateur d'énergie micro-onde, au moins un câble coaxial, et au moins une antenne, le (ou les) câble(s) étant disposé(s) entre le générateur et la cavité, la (ou les) antenne(s) étant disposé(es) à l'intérieur de la (ou des) cavité(s).
L'invention concerne également un procédé pour le traitement d'un flux par un rayonnement lumineux en utilisant un dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, le rayonnement lumineux présentant un spectre de lumière et une intensité prédéterminés, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de contrôle du spectre en fonction de la puissance moyenne temporelle des micro-ondes dans l'enceinte et de la puissance maximum des micro-ondes dans l'enceinte.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1, 2, 6, 7, 9, et 11 sont des vues en coupe longitudinale de différents modes de réalisation du dispositif selon l'invention, - les figures 3, 4, 5, 8, 10 et 12 sont des vues en coupe transversales de différents modes de réalisation du dispositif selon l'invention,
- la figure 13 illustre schématiquement un mode de réalisation particulier d'un ensemble comportant quatre dispositifs selon l'invention, - la figure 14 représente, en fonction du temps, trois modes de réalisations particuliers de l'énergie micro-onde alimentant le dispositif selon l'invention.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Le dispositif pour le traitement d'un flux par un rayonnement lumineux selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1 à 14.
En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend : - des moyens de génération de micro-ondes 10a, 10b, 10c,
- au moins une cavité micro-ondes 20 pour confiner les microondes,
- au moins un canal d'irradiation 30 dans lequel circule le flux à traiter, - au moins une enceinte 40 contenant un plasma, située à l'intérieure de la cavité micro-ondes, et
- des moyens de génération d'un champ magnétique 50.
Les moyens de génération de micro-ondes 10a, 10b, 10c comprennent un générateur d'énergie micro-ondes 10a et des moyens pour amener les micro-ondes 10b, 10c dans la cavité 20.
Le générateur d'énergie micro-ondes 10a et les moyens pour guider les micro-ondes 10b, 10c dans la cavité 20 peuvent être tous moyens connus de l'homme du métier pour remplir ces fonctions. Le générateur d'énergie micro-ondes 10a est par exemple du type tube à électrons, transistor, ou magnétron.
Les moyens pour amener les micro-ondes 10b, 10c dans la cavité 20 sont par exemple :
- un (ou des) guide(s) d'ondes, - un (ou des) câble(s) coaxial(aux) 10b et une (ou des) antenne(s) 10c.
On entend, dans le cadre de la présente invention par « microondes » des ondes électromagnétiques de fréquences supérieures à 1 GHz, de préférence inférieures à 30 GHz, plus préférentiel lement compris entre 1,8 GHz et 6,4 GHz.
Les générateurs d'énergie micro-ondes des fours à micro-ondes standard permettent la génération d'ondes magnétiques de fréquence égale à 2,45 GHz. Ces générateurs d'énergie micro-ondes étant très répandus, on pourra avantageusement utiliser des générateurs d'énergie micro-ondes permettant la génération d'ondes magnétiques de fréquence égale à 2,45 GHz.
La cavité micro-ondes 20 est une cage de Faraday. La cavité micro-ondes 20 est destinée à confiner les micro-ondes en son sein pour protéger l'environnement extérieur contre les champs électromagnétiques produits à l'intérieur de la cavité 20. A cet effet, la cavité 20 comprend des parois opaques aux micro-ondes. La cavité peut comprendre des parois transparentes à la lumière, et plus particulièrement les parois de la cavité directement en regard du canal dans lequel circule le flux à traiter. Les parois transparentes à la lumière, et opaques aux micro-ondes peuvent être un grillage électriquement conducteur 23 ou 24. La cavité micro-ondes 20 est de forme et de dimensions quelconques. Plus particulièrement, la forme et les dimensions de la cavité 20 sont indépendantes de la fréquence des micro-ondes. Le canal d'irradiation 30 est un volume de forme et de dimensions quelconques et variables le long du canal 30. Le canal 30 comprend une entrée de flux 30a et une sortie de flux 30b. Le canal d'irradiation 30 permet la circulation du flux à irradier, le sens de circulation du flux étant donné par la flèche référencée SCF sur les dessins annexés. Le canal d'irradiation est en un matériau transparent au rayonnement lumineux, préférentiel lement en quartz ou en verre. Dans certains modes de réalisation, le canal est un tube amovible. Ainsi, dans le cas d'un flux d'eau, au lieu d'effectuer un détartrage d'un canal solidaire du dispositif, le tube peut simplement être remplacé par un tube propre. Le détartrage peut également être effectué grâce à une balayette.
L'enceinte 40 contenant le plasma est une enceinte étanche pour le confinement d'un gaz quelconque à basse pression. Cette enceinte 40 est de forme et de dimensions quelconques. Les parois de l'enceinte 40 sont transparentes aux micro-ondes. L'enceinte 40 comprend au moins une paroi transparente au rayonnement lumineux émis par le plasma. Cette paroi transparente est la paroi en regard du canal dans lequel circule le flux à traiter. L'autre paroi de l'enceinte peut éventuellement être opaque au rayonnement lumineux, et préférentiel lement comprendre un revêtement réfléchissant pour réfléchir le rayonnement lumineux vers le canal.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « basse pression », une pression comprise entre 10'4 et 10 millibars.
Les moyens de génération d'un champ magnétique 50 sont des moyens permettant la génération d'un champ magnétique. L'enceinte 40 (ou les enceintes), la (ou les) cavité(s) 20, et les moyens 10a, 10b, 10c, 50 de génération du champ magnétique et des micro-ondes sont agencés de manière à générer une Résonance Cyclotronique d'Électrons (ci-après dénommée RCE) à l'intérieur de l'enceinte (ou des enceintes) pour émettre un rayonnement lumineux permettant l'irradiation du fluide à traiter. La RCE, ou Résonance Gyromagnétique est une technique d'activation d'un plasma. Le principe de l'activation du plasma consiste à superposer à une onde électromagnétique de fréquence donnée un champ magnétique statique de telle sorte que la fréquence de giration des électrons dans le champ magnétique soit égale à la fréquence de l'onde électromagnétique excitatrice.
Lorsque le phénomène de résonance se produit, les électrons du plasma gagnent de l'énergie et, par collision, ionisent le plasma : un rayonnement lumineux est alors généré. Le phénomène de RCE améliore la brillance et l'efficacité du rayonnement de l'enceinte.
Une première particularité du dispositif selon l'invention concerne le fait que les moyens de générations du champ magnétiques 50 sont constitués par au moins un aimant permanent. Cet aimant permanent 50 est de forme quelconque. Les dimensions de l'aimant permanent 50 sont choisies les plus petites possibles pour permettre d'obtenir la RCE dans l'enceinte. L'homme du métier sait déterminer les dimensions minimales de l'aimant permettant d'obtenir une RCE dans l'enceinte. Quelque soit la forme de l'aimant permanent 50, celui-ci présente une axe privilégiée d'aimantation parallèle au vecteur d'aimantation de l'aimant.
L'aimant permanent 50 peut être constitué par un aimant unique ou par une pluralité d'aimants permanents élémentaires accolés. Une deuxième particularité du dispositif selon l'invention concerne le fait que les moyens de génération du champ magnétique 50 sont disposés à proximité d'au moins une enceinte 40.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « proximité immédiate » une distance D entre l'enceinte 40 et l'aimant permanent 50 inférieure ou égale à la dimension L de l'aimant 50 le long de l'axe d'aimantation privilégié de l'aimant 50, préférentiel lement inférieure ou égale à L/2.
De manière encore plus préférentielle, l'aimant permanent 50 est en contact avec la paroi de l'enceinte 40 - en d'autres termes la distance D entre l'enceinte 40 et l'aimant 50 est nulle - éventuellement avec une paroi de réflecteur 60 ou de cavité 20 entre l'aimant permanent 50 et l'enceinte 40.
Le fait que les moyens de génération du champ magnétique 50 consistent en un ou plusieurs aimants 50 disposés à proximité immédiate d'une ou de plusieurs enceintes 40 permet :
- d'améliorer la brillance et l'efficacité du rayonnement des enceintes 40,
- de concevoir des dispositifs avec des cavités 20 totalement étanches aux micro-ondes, de dimension quelconque non nécessairement multiple de la longueur d'onde des micro-ondes et de forme compacte, qui peuvent éventuellement protéger le canal d'irradiation des micro-ondes,
- d'accéder à des fonctionnements avec allumage immédiat à très faible puissance (quelques watts) lorsque la cavité a une dimension supérieure au 1A de la longueur d'onde,
- de créer des zones 80 de brillance par RCE qui peuvent être positionnées, de manière libre et précise, afin d'optimiser l'efficacité de l'irradiation vis à vis du flux à traiter.
La description des éléments du dispositif selon l'invention faite ci- dessus en référence à la figure 1 s'applique également aux autres modes de réalisation illustrés aux figures 2 à 14.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, l'enceinte 40 est de forme annulaire et comprend par exemple un plasma de mercure pour émettre un rayonnement de longueur d'onde de 254 nm qui est bactéricide.
L'enceinte 40 est disposée autour du canal d'irradiation 30 qui a une forme tubulaire.
L'enceinte 40 est disposée à l'intérieur de la cavité micro-onde 20 qui est également de forme annulaire et englobe le canal d'irradiation 30. Une application du mode de réalisation illustré à la figure 1 peut être le traitement de petits débits d'eau par un rayonnement lumineux de longueur d'onde égale à 254nm.
Ce dispositif permet en effet d'émettre un rayonnement lumineux sur un flux d'eau de quelques m3/h passant sur une canalisation standard (3/4 de pouces). Le canal 30 est de préférence tubulaire et transparent au rayonnement lumineux sur toute sa surface pour permettre une irradiation très efficace, sous 4pi, du flux afin d'en éliminer les bactéries par exemple. Les moyens de génération des micro-ondes 10a, 10b, 10c comprennent un générateur d'énergie micro-onde 10a relié à un (ou des) câble(s) coaxial(aux) 10b et une (ou des) antenne(s) 10c permettant d'amener les micro-ondes générées par le générateur à l'intérieur de la cavité. Un câble coaxial - qui présente la particularité d'être souple - associé à une antenne est plus facile à disposer qu'un guide d'onde - qui est rigide et encombrant (en effet, au moins une des dimensions caractéristiques du guide est généralement supérieure à une demi fois la longueur d'onde des micro-ondes). Par ailleurs, l'efficacité d'un guide d'onde pour amener les microondes dans la cavité dépend de sa forme et de ses dimensions. Au contraire, l'association d'une antenne et d'un câble coaxial pour amener les micro-ondes dans la cavité ne présente pas de contraintes de forme. Par conséquent, l'utilisation d'un câble coaxial 10b associé à une antenne 10c pour l'amené des micro-ondes dans la cavité 20 permet une plus grande souplesse dans la mise en œuvre du dispositif selon l'invention. Toutefois, le dispositif selon l'invention peut également être mis en œuvre avec un guide d'onde.
L'antenne 10c est de préférence entièrement disposée à l'intérieur de la cavité 20 opaque aux micro-ondes.
Ainsi, le canal et l'environnement extérieur sont complètement protégés d'une éventuelle irradiation par les micro-ondes.
Une irradiation par les micro-ondes du canal 20 peut entraîner des interactions entre le flux à traiter et les micro-ondes. En particulier, l'interaction des micro-ondes avec un liquide à moment dipolaire non nul tel que de l'eau, peut entraîner :
- une augmentation de la température du liquide par absorption des micro-ondes,
- une diminution de l'efficacité du rayonnement de l'enceinte 40 du fait de l'absorption des micro-ondes par le liquide à traiter. Par ailleurs, dans le cas d'une stérilisation d'eau, l'augmentation de la température de l'eau par irradiation micro-ondes présente l'inconvénient de favoriser la contamination de l'eau.
Une irradiation de l'environnement extérieur par les micro-ondes peut provoquer des lésions graves chez les utilisateurs proches du dispositif (altérations des chromosomes, etc.).
Dans le dispositif illustré à la figure 1, ces inconvénients sont palliés par la présence de la cavité 20 annulaire et totalement fermée donc opaque aux micro-ondes et par la disposition de l'antenne 10c à l'intérieur de cette cavité 20.
Les différents éléments du dispositif selon l'invention sont agencés de manière à provoquer dans l'enceinte une RCE. Ceci permet un allumage instantané, par exemple en une milliseconde. Ceci permet des applications multiples du dispositif selon l'invention et en particulier le traitement d'un flux non continu, comme par exemple la stérilisation de l'eau à la demande, où le dispositif doit en principe, être allumé uniquement lorsqu'un robinet d'eau est ouvert.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, les aimants permanent 50 sont disposés à l'intérieur de la cavité 20 et en contact avec la paroi externe de l'enceinte 40.
Les aimants 50 sont répartis autour de l'enceinte 40 pour homogénéiser le rayonnement des zones de résonance 80 sur le canal d'irradiation 30.
Tandis que les parois 41 proximales (par rapport au canal 30) de l'enceinte 40, disposées en regard du canal 30, doivent être transparentes au rayonnement lumineux, les parois distales 42 (par rapport au canal 30) de l'enceinte 40 peuvent être opaques au rayonnement lumineux, et préférentiellement réfléchissante pour réfléchir le rayonnement lumineux vers le canal dans lequel circule le flux. La cavité comporte des parois proximales 21, par rapport au canal
30, transparentes au rayonnement lumineux. Cependant, les parois distales 22 par rapport au canal 30 de la cavité 20 peuvent être opaques au rayonnement lumineux. C'est le cas en particuliers lorsque le plasma contenu dans l'enceinte 40 est du mercure qui émet un rayonnement lumineux dans le domaine de l'UV qui ne doivent pas sortir de la cavité pour des raisons de sécurité afin de ne pas irradier les utilisateurs proches du dispositif.
Le dispositif illustré à la figure 1 comprend en outre des moyens de réflexion du rayonnement lumineux 60 agencés de manière à diriger le rayonnement lumineux vers le flux à traiter.
Ces moyens de réflexion du rayonnement lumineux 60 permettent de concentrer le rayonnement lumineux en direction du canal 30 dans lequel circule le flux à traiter afin d'augmenter l'efficacité du traitement.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, les moyens de réflexion du rayonnement lumineux 60 sont une couche de revêtement réfléchissant déposée sur la face externe de la paroi de l'enceinte 40 et disposée de manière à réfléchir le rayonnement lumineux vers le canal
30.
Plus particulièrement, la couche de revêtement réfléchissant est déposée sur la portion de la face externe de l'enceinte 40 la plus éloignée du canal 30 dans lequel circule le flux.
Le dispositif illustré à la figure 1 peut par exemple être intégré dans le pommeau d'une douche avec un système bloquant les UV vers l'extérieur, ou être associé dans un système extrêmement compact intégrant un pré-filtre et un système anti-tartre.
En référence à la figure 2, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention adapté au traitement d'un liquide tel que l'eau pour des débits compris entre 10 et 100 m3/h.
Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation illustré à la figure 1 en ce que, dans ce mode de réalisation, les aimants 50 sont disposés à l'extérieur de la cavité 20 mais en contact avec la cavité 20, et l'enceinte 40 occupe la quasi totalité du volume de la cavité (à savoir le volume de la cavité moins le volume nécessaire pour disposer l'antenne 10c). Avec un tel dispositif, on maximise le volume du canal directement en regard de l'enceinte pour maximiser le temps de passage de l'eau dans l'enceinte, tout en minimisant les dimensions de la cavité 20.
Ceci permet d'optimiser la compacité du dispositif selon l'invention.
Les aimants permanents du dispositif illustré à la figure 2 sont disposés à l'extérieur de la cavité micro-ondes et en contact avec la paroi de la cavité 20 pour être en proximité immédiate de l'enceinte 40. Ceci permet l'utilisation de cavités de dimensions non multiple de la longueur d'onde des micro-ondes et de diamètre inférieur à 24,4 centimètres, ce qui correspond à deux fois la longueur d'onde des micro-ondes à la fréquence de 2,45 GHz.
Ainsi, de préférence, chaque cavité 20 s'inscrit dans un volume, au moins une des dimensions caractéristiques (hauteur, longueur, largeur) du plus petit volume dans lequel s'inscrit la cavité micro-ondes 20 étant inférieure à environ 25 centimètres (plus précisément 24,4 centimètres), ce qui correspond à deux fois la longueur d'onde des micro-ondes à la fréquence de 2,45 GHz.
L'homme du métier appréciera que pour des fréquences supérieures, par exemple une fréquence de 5 GHz, au moins une des dimensions caractéristiques du plus petit volume dans lequel s'inscrit la cavité sera préférentiel lement inférieure à 12 centimètres. De même, pour des fréquences inférieures, par exemple une fréquence de 1 GHz, au moins une des dimensions caractéristiques du plus petit volume dans lequel s'inscrit la cavité sera préférentiellement inférieure à environ 48 centimètres. Bien entendu, on peut également utiliser un générateur d'énergie micro-onde 10a générant des micro-ondes à la fréquence de IGHz ou de 5 GHz avec un dispositif dont une des dimensions caractéristiques du plus petit volume dans lequel s'inscrit la cavité est inférieur à 25 cm.
Les aimants sont répartis autour de l'enceinte pour homogénéiser le rayonnement des zones de résonance sur le canal d'irradiation.
En référence à la figure 3, on a illustré en vue en coupe transversale, le mode de réalisation illustré à la figure 1 qui permet de mieux apprécier la disposition particulière des aimants permanents 50 dans la cavité 20. Quatre aimants permanents sont disposés autour de l'enceinte annulaire 40 située à l'intérieur de la cavité 20. Les aimants 50 sont disposés symétriquement par rapport à l'axe du canal 30, et en proximité immédiate de la paroi de l'enceinte 40.
L'enceinte 40 et la cavité 20 enveloppent un canal de forme tubulaire. Une antenne 10c est disposée à l'intérieur de la cavité 20 pour la génération de micro-ondes.
Les aimants permanents 50 génèrent des lignes de champ qui permettent l'obtention de zones de résonance 80 autour du canal 30 dans lequel circule le flux à traiter.
La paroi de l'enceinte 40 la plus éloignée du canal 30 comprend un revêtement réfléchissant qui permet de réfléchir le rayonnement lumineux R vers le canal 30. Par exemple, la paroi la plus éloignée du canal est en aluminium pour être opaque aux micro-ondes et réfléchir le rayonnement lumineux.
La paroi proximale 21 de la cavité 20 est un grillage électriquement conducteur 23 pour être opaque aux micro-ondes et transparent au rayonnement lumineux.
En variante, la paroi proximale 21 en grillage peut être enlevée pour être transparente au rayonnement lumineux et aux micro-ondes, par exemple lorsque le flux à traiter n'interagit pas avec les micro-ondes (en les absorbant).
Dans ce cas, le dispositif peut être associé à des moyens externes au dispositif permettant d'éviter une irradiation des utilisateurs situés à proximité du dispositif. Ces moyens externes peuvent par exemple être disposés le long du canal 30, en entrée et en sortie du dispositif selon l'invention.
Dans le cas du traitement d'un flux d'eau à petit débit, un dispositif conforme à la variante décrite ci-dessus peut être utilisé. Cependant, l'eau interagissant avec les micro-ondes en les absorbant, l'efficacité du dispositif est amoindri, et l'eau est échauffé.
En référence à la figure 4, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
Ce mode de réalisation, tout comme le mode de réalisation illustré à la figure 5, est particulièrement adapté au traitement de liquide tel que l'eau pour des débits compris entre 100 et 1000 m3/h.
Dans ce mode de réalisation, les aimants permanents 50 sont disposés à l'intérieur de la cavité 20. Ceci est rendu possible par l'utilisation d'aimants permanents comme moyens de génération du champ magnétique au lieu de bobines de Helmholtz qui, contrairement aux aimants permanents, ne peuvent pas être disposées à l'intérieur de la cavité 20 à cause de l'incompatibilité entre les bobines et les microondes.
Par ailleurs, l'utilisation d'aimants permanents 50 disposés à l'intérieur de la cavité 20 permet de réduire les dimensions du dispositif aux dimensions de la cavité 20 et ainsi améliorer la compacité du dispositif, tandis que l'utilisation de bobines de Helmholtz, nécessairement placés à l'extérieur de la cavité, engendre un augmentation des dimensions du dispositif, les dimensions des bobines s'ajoutant aux dimensions de la cavité.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, le dispositif comprend une pluralité d'enceintes. Ces enceintes sont associées à une pluralité d'aimants permanents.
La forme des enceintes illustrées à la figure 4 diffère de celle des enceintes illustrées aux figures 1 à 3. En effet, dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, chaque enceinte 40 présente une forme tubulaire.
Les enceintes du dispositif illustré à la figure 4 sont disposées autour du canal d'irradiation 30, le long de celui-ci. En d'autres termes, les axes de symétrie de révolution des enceintes sont parallèles à l'axe de symétrie de révolution du canal (lorsque celui-ci est de forme tubulaire).
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, les moyens de réflexion du rayonnement lumineux 60 sont une couche de revêtement réfléchissant déposée sur la face intérieure de la paroi externe de la cavité 20 et disposée de manière à réfléchir le rayonnement lumineux R vers le canal 30. Plus particulièrement la couche de revêtement réfléchissant est déposée sur la portion de la face intérieure de la cavité 20 autre que celle directement en regard du canal 30 dans lequel circule le flux, qui peut être un grillage 23. En référence à la figure 5, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif comporte une pluralité d'enceintes 40, de cavités et d'antenne 10c, notamment quatre de chaque sur la figure 5, représentées en coupe. Les cavités sont disposées de manière à envelopper le canal dans lequel circule le flux à traiter. De préférence, les parois en contact de deux cavités adjacentes sont un grillage électriquement conducteur 24 de manière à être opaque aux micro-ondes et transparent au rayonnement lumineux.
Chaque cavité 20 comporte une enceinte 40 associée et une antenne 10c associée.
Les enceintes 40 sont disposées autour du canal 30. Les enceintes 40 ont de préférence une forme tubulaire cylindrique et sont disposées le long du canal 30, lui-même tubulaire et cylindrique.
Dans ce mode de réalisation, les moyens de réflexion du rayonnement lumineux 60 sont des réflecteurs indépendants.
Chaque réflecteur 60 est associé à une cavité 20, et comprend une surface réfléchissante disposée en regard de l'enceinte 40 et faisant face au canal 30 dans lequel circule le flux.
Le dispositif comprend en outre une pluralité d'aimants permanents. Chaque cavité 20 est associée à un aimant 50. Les aimants permanents 50 sont disposés à l'extérieur des cavités, chaque aimant étant en contact avec la paroi extérieur de sa cavité 20 associée pour être en proximité immédiate de son enceinte associée.
Chaque aimant crée un champ magnétique à l'intérieur de l'enceinte qui lui est associée. Chaque antenne 10c émet des micro-ondes dans sa cavité 20 associée, et ainsi dans son enceinte associée, ce qui permet l'obtention du phénomène de RCE. Le fait que le dispositif illustré à la figure 5 comprenne une pluralité de cavités permet de maîtriser la répartition de la puissance micro-onde dans chaque cavité, et ainsi d'homogénéiser le rayonnement sur toutes les enceintes pour optimiser l'irradiation du flux.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 6, le dispositif selon l'invention est utilisé pour la stérilisation de l'eau. Pour cette utilisation, le dispositif comporte des moyens de fixation rapide 70 permettant de le raccorder le canal d'irradiation à un point de distribution du flux 80, tel qu'un robinet d'eau. Les moyens de fixation rapide 70 comprennent des moyens de fixation par vissage ou par encliquetage, et comprennent de préférence un joint flexible adaptable sur le point de distribution du flux 80.
Comme illustré à la figure 6, le générateur d'énergie micro-onde 10a est disposé à distance de la cavité 20, et relié à la cavité par l'intermédiaire d'un câble coaxial 10b et d'une antenne 10c pour l'amener des micro-ondes dans la cavité 20.
Le dispositif illustré à la figure 6 permet notamment de traiter la dernière goutte sortant du point de distribution 80. En référence aux figures 7 et 8, on a illustré un autre mode de réalisation selon l'invention.
Ce mode de réalisation est par exemple adapté au traitement d'un gaz. Plus spécifiquement, ce dispositif est par exemple adapté au traitement de l'air par irradiation. Ce mode de réalisation permet par exemple d'émettre un rayonnement lumineux (par exemple à une longueur d'onde de 254 nm) sur un flux d'air pour le débarrasser de ses bactéries.
Dans ce mode de réalisation, les parois du canal d'irradiation 30 et de la cavité 20 sont confondues. En effet, il n'y a pas d'interaction entre les micro-ondes et l'air.
Le canal 20 est par exemple de forme cylindrique et de taille quelconque.
Le dispositif comprend une enceinte unique 40 associée à un aimant permanent 50 unique. L'enceinte 40 est disposée à l'intérieur de la cavité 20, et comprend par exemple un plasma de mercure pour émettre un rayonnement à une longueur d'onde de 254 nm bactéricide.
L'entrée et la sortie du canal 30 sont fermées par un grillage électriquement conducteur pour éviter une irradiation micro-ondes vers l'extérieur de la cavité 20.
L'aimant permanent 50 disposé à l'intérieur de la cavité 20, ce qui permet d'augmenter la compacité du dispositif.
Le dispositif comprend des moyens de réflexions du rayonnement lumineux 60 sur la face interne de la paroi externe de la cavité 20. En référence aux figures 9 et 10, on a illustré un autre mode de réalisation qui diffère du mode de réalisation illustré aux figures 7 et 8 en ce que dans ce mode de réalisation, l'aimant permanent 50 est disposé à l'intérieur de l'enceinte 40. Ceci permet d'éviter des zones d'ombre à l'intérieur de la cavité, et ainsi d'augmenter l'efficacité du dispositif de traitement selon l'invention.
En référence aux figures 11 et 12 qui sont des vues en coupe longitudinale et transversale, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Une application de ce mode de réalisation du dispositif selon l'invention est par exemple le traitement de l'air par photo-catatlyse, en utilisant par exemple un catalyseur de type TiO2 (dioxyde de titane) qui peut être déposé sur les faces internes de la cavité 20 ou sur un support autre. D'autres types de catalyseur connus de l'homme du métier peuvent être utilisés.
Ce mode de réalisation du dispositif selon l'invention diffère du mode de réalisation illustré aux figures 7 à 10 en ce qu'il comprend une pluralité d'enceintes 40 et une pluralité d'aimants. Chaque enceinte est de préférence tubulaires et contient par exemple un plasma d'azote (pour émettre un rayonnement d'UV-A et d'UV-B qui optimise le phénomène de catalyse TiO2).
La disposition (en fagot) et la forme des enceintes permettent de maximiser la surface de rayonnement et de contact entre l'air, le TiO2, et le rayonnement UV.
Les aimants permanents et les enceintes sont disposés à l'intérieur de la cavité et du canal d'irradiation (les parois du canal et de la cavité étant confondues dans ce mode de réalisation).
Chaque aimant permanent 50 est associé à au moins une enceintes 40. Ceci permet d'augmenter encore la compacité du dispositif selon l'invention.
Sur la figure 13, on a représenté un ensemble comprenant quatre dispositifs Dl, D2, D3, D4 selon l'invention. On peut ainsi irradier le flux circulant dans des canaux d'irradiation 30, 30', 30" avec des rayonnements lumineux différents, c'est-à-dire avec des rayonnements lumineux ayant des spectres ou des intensités différentes.
Une unité de contrôle 18 permet également de réaliser une modulation de la puissance P des micro-ondes injectées dans l'enceinte, par exemple sous forme d'impulsions de forme et de fréquence quelconques.
Ces impulsions sont de préférence, rectangulaires comme représenté à la figure 14. Les trois courbes Pl, P2, P3 correspondent à une même puissance moyenne Pmn, et ainsi, à une même intensité lumineuse moyenne.
En effet, selon la courbe Pl, une puissance continue est injectée dans l'enceinte. La puissance continue Pl est égale à la puissance moyenne Pmn. La puissance moyenne Pmn injectée est, de préférence, comprise entre 10 et 1000 Watts. La courbe P2 représente des impulsions rectangulaires ayant une puissance maximale Pmax2, par exemple avec une fréquence de 50 Hz, et ayant un rapport cyclique tel que la puissance moyenne Pmn injectée dans l'enceinte est la même que celle de la courbe Pl. La courbe P3 présente une fréquence deux fois plus faible que celle de la courbe P2 (dans l'exemple 50 Hz) et une puissance maximale Pmax3 des impulsions rectangulaires deux fois supérieure à celle de la courbe P2.
Ainsi, la puissance moyenne Pmn des courbes Pl, P2, P3 est effectivement égale. Cependant, les puissances maximales des courbes Pl, P2, P3 étant différentes, les courbes Pl, P2, et P3 correspondent à des spectres de lumière différents.
Selon un procédé d'utilisation d'au moins un dispositif selon l'invention, présentant un spectre de lumière et une intensité prédéterminés, le spectre est contrôlé par la puissance maximale des micro-ondes dans l'enceinte et l'intensité est contrôlé par la puissance moyenne des micro-ondes dans l'enceinte.
Lorsque plusieurs dispositifs élémentaires sont utilisés comme dans l'ensemble représenté à la figure 13, les spectres et les intensités des différents dispositifs Dl, D2, D3, D4 peuvent être contrôlés par l'intermédiaire de la puissance maximale de la puissance moyenne temporelle des micro-ondes injectées dans les enceintes correspondant aux dispositif Dl, D2, D3, D4.
Le dispositif selon l'invention fournit un rayonnement dans le spectre visible et dans le spectre UV, correspondant à des raies d'émissions des atomes et des ions du gaz. La raie 254 nm de l'atome de mercure non ionisé peut être obtenue avec de faibles puissances maximales. Une lumière de longueur d'onde égale à 254 nm présente des effets photo-biologiques, en particulier un effet germicide.
Lorsque la puissance micro-onde injectée est augmentée, on peut également obtenir des raies d'émission des atomes ionisés ayant des longueurs d'onde inférieures à 200 nm, par exemple les raies du mercure ionisé une fois, ayant des longueurs d'onde de 164,9 nm et 194,2 nm. Une lumière avec ces longueurs d'ondes présente des effets photochimiques et permet, par exemple, de générer des radicaux libres hydroxyles par irradiation avec une brillance de l'ordre de 120 mJ/cm2 pour une seule longueur d'onde donnée.
Ainsi, en passant d'une modulation de puissance comme celle représentée par la courbe P2, sur la figure 14, à une modulation de puissance comme celle illustrée par la courbe P3, sur la figure 14, il est possible de basculer d'un spectre dominé par la raie 254 nm à un spectre présentant également une forte émission à des longueurs d'ondes inférieures à 200 nm. Le choix du gaz et de la pression et/ou de la température dans l'enceinte permet d'adapter le spectre du dispositif à son utilisation, notamment au régime ultraviolet souhaité. Par ailleurs, une lumière ultraviolette de 195 nm permet, de manière connue, de générer de l'ozone, tandis qu'une lumière ultraviolette de 254 nm permet de supprimer l'ozone. Ainsi, on peut envisager un système fluidique, par exemple un circuit d'eau désinfecté par de l'ozone, comportant un premier dispositif selon l'invention pour générer de l'ozone et un second dispositif selon l'invention, disposé en aval du premier dispositif (selon le sens de circulation SCF du flux), pour supprimer l'ozone afin que l'ozone ne sorte pas de l'ensemble. Seule la portion de l'ensemble disposé entre les deux dispositifs comporte alors de l'ozone, sans présenter un danger pour l'utilisateur. Le lecteur appréciera que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit précédemment sans sortir matériellement des enseignements donnés ici à l'homme du métier.
Par exemple, dans des modes de réalisation, l'enceinte contenant le plasma et la cavité sont disposées à l'intérieur du canal. Par ailleurs, le nombre d'enceintes, de cavités, de canal, et/ou d'aimants permanents peuvent varier en fonction des applications. Enfin, dans certains modes de réalisation, le dispositif peut comprendre des aimants permanents disposés à l'intérieur et à l'extérieur de la cavité, en proximité immédiate d'au moins une enceinte.
EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE
L'exemple de mise en œuvre présenté ci-dessous se réfère à la figure 1.
Dans cet exemple, le flux à traiter est de l'eau. Le dispositif comprend un canal d'irradiation en quartz (pour être transparent aux UV, de forme tubulaire, de diamètre égal à 20 millimètres et de longueur égale à 90 millimètres, soit un volume de 30 centimètres cube pour le canal).
Le dispositif comprend également une enceinte en quartz, de forme annulaire, de diamètre externe égal à 60 millimètres disposée dans une cavité métallique (par exemple en aluminium sur les parois distales 22, et en grillage électriquement conducteur sur la paroi proximale 21), également annulaire, de diamètre externe égal à 90 millimètres et de longueur 110 millimètres, et des aimants permanent dans la cavité disposés en croix en vue de dessus autour en en contact avec l'enceinte (pour respecter le critère de proximité immédiate).
Pour un débit de 4 litres/heure, l'eau reste environ 450 ms dans le canal d'irradiation.
Pour une puissance micro-onde de 30 Watts, l'enceinte remplie d'un plasma de mercure génère un rayonnement d'environ 10 Watts d'UV à 254 nanomètres.
Ce rayonnement permet de réduire par 10 000 000 (log 7) le nombre de bactéries (par exemple la bactérie E.coli). L'invention permet par conséquent l'obtention d'un système très compact puisque l'encombrement total du dispositif, qui correspond à l'encombrement de la cavité dans ce mode de réalisation, est égal à 0,7 litre. Un tel dispositif peut être placé à l'extrémité d'un robinet tel qu'illustré 6.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour le traitement d'un flux par un rayonnement lumineux, le dispositif comprenant : - des moyens de génération de micro-ondes (10a, 10b, 10c),
- au moins une cavité micro-ondes (20) comprenant des parois étanches aux micro-ondes pour confiner les micro-ondes,
- au moins un canal d'irradiation (30) dans lequel circule le flux à traiter, - au moins une enceinte (40) contenant un plasma, située à l'intérieure de la cavité micro-ondes,
- des moyens de génération d'un champ magnétique (50), enceinte(s), cavité(s), et moyens de génération du champ magnétique et des micro-ondes étant agencés de manière à générer une résonance cyclotronique d'électrons à l'intérieur de(s) l'enceinte(s) pour émettre un rayonnement lumineux permettant l'irradiation du fluide à traiter, caractérisé en ce que les moyens de génération du champs magnétique sont constitués par au moins un aimant permanent et en ce que chaque enceinte est disposée à proximité immédiate d'au moins un aimant.
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque cavité (20) s'inscrit dans un volume, au moins une des dimensions caractéristiques (hauteur, longueur, largeur) du plus petit volume dans lequel s'inscrit la cavité micro-ondes (20) étant inférieure à 25 centimètres.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aimant permanent est disposé à l'intérieur de la cavité micro-ondes (20).
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal (30) est disposé à l'intérieur de la cavité (20).
5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les parois formant la cavité (20) et les parois formant le canal (30) sont confondues.
6. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend une pluralité de d'enceintes (40) et une pluralité d'aimants permanents.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif comprend une ou plusieurs cavités (20) disposées de manière à englober le canal (30), les parois de(s) la cavité(s) en regard du canal étant transparentes au rayonnement lumineux.
8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif comprend une cavité (20) englobant le canal (30).
9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le canal (30) est de forme tubulaire, et la cavité (20) est de forme annulaire.
10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif comprend une enceinte (40) unique de forme annulaire.
11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le dispositif comprend une pluralité d'enceintes (40) autour du canal (30).
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque enceinte (40) est associée à un aimant permanent qui lui est propre.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque aimant est associé à une pluralité d'enceintes (40).
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque enceinte (40) est associée à une pluralité d'aimants permanents.
15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de réflexion du rayonnement lumineux (60) agencés de manière à diriger le rayonnement lumineux vers le flux à traiter.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi externe de la cavité (20) est opaque au rayonnement lumineux.
17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de génération de micro-ondes comprennent un générateur d'énergie micro-onde (10a) et un guide d'onde, le guide d'onde étant disposé entre le générateur et la cavité pour guider les micro-ondes générées par le générateur vers la cavité.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les moyens de génération de micro-ondes comprennent un générateur d'énergie micro-onde (10a), au moins un câble coaxial (10b), et au moins une antenne (10c), le (ou les) câble(s) étant disposé(s) entre le générateur et la cavité, la (ou les) antenne(s) étant disposé(es) à l'intérieur de la (ou des) cavité(s).
19. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cavité (20) est associée à une antenne (10c) unique.
20. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens d'asservissement
(18), à une intensité lumineuse de consigne, de la puissance micro-onde, et/ou de la pression du gaz et/ou de la température du dispositif.
21. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de modulation de la puissance des micro-ondes dans l'enceinte.
22. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de modulation de la puissance génèrent des impulsions.
23. Procédé pour le traitement d'un flux par un rayonnement lumineux en utilisant un dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, le rayonnement lumineux présentant un spectre de lumière et une intensité prédéterminés, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de contrôle du spectre en fonction de la puissance moyenne temporelle des micro-ondes dans l'enceinte et de la puissance maximum des micro-ondes dans l'enceinte.
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