FR2927483A1 - Dispositif et procede d'alimentation pour reacteur plasma pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif d'alimentation pour réacteur plasma (1) pour véhicule automobile équipé d'un organe de stockage d'énergie électrique (6), comprend un moyen pour augmenter une tension continue d'alimentation fournie par ledit organe de stockage (6) et un moyen pour élaborer deux signaux alternatifs déphasés (23, 24) à partir de ladite tension augmentée, lesdits signaux étant destinés respectivement à des électrodes (4, 5) du réacteur plasma (1).
Description
DEMANDE DE BREVET PJ8030 B07-3609FR - ODE/CRA
Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Dispositif et procédé d'alimentation pour réacteur plasma pour véhicule automobile Invention de : YOUSSEF Joseph BOUAMRA Kahina AMEZIANI Menouar Dispositif et procédé d'alimentation pour réacteur plasma pour véhicule automobile
L'invention concerne un dispositif et un procédé d'alimentation pour réacteur plasma pour véhicule automobile. En particulier, l'invention concerne les véhicules automobiles équipés d'un organe de stockage d'énergie électrique. Un réacteur plasma comprend un milieu ionisé, compris entre au moins une paire d'électrodes qui, sous l'influence d'un courant électrique, entretiennent une décharge électrique. Les réacteurs plasma peuvent être utilisés notamment pour le traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, afin de diminuer le taux d'émissions polluantes, et également pour la stérilisation de surfaces, des soudures, des découpes de pièces... L'utilisation des réacteurs plasma nécessite une alimentation de tension élevée, de plusieurs kV, supérieure à celle que peut fournir une batterie classique délivrant une tension continue d'environ 12 volts. En l'absence d'un diélectrique placé entre les électrodes, l'utilisation d'une tension élevée peut engendrer un passage à l'arc qui endommage les électrodes. Il existe plusieurs types de plasma, par exemple les Décharge Barrière Diélectrique, ou DBD . Un plasma de type DBD comprend au moins un matériau à propriétés diélectriques placé entre les deux électrodes. L'utilisation d'un diélectrique permet entre autre de préserver l'état de surface des électrodes en empêchant le passage à l'arc. L'utilisation d'une alimentation alternative est en outre indispensable (de quelques Hz à quelques centaines de kHz) pour amorcer un plasma de type DBD. Une alimentation alternative permet également de réduire la consommation électrique du système par rapport à l'utilisation d'une alimentation en tension continue. Par ailleurs, la géométrie des réacteurs plasma peut être différente suivant l'application pour lesquels ils sont destinés. On entend par géométrie des réacteurs plasma, l'agencement des électrodes, ainsi que la forme des électrodes utilisées. En effet, la géométrie du réacteur plasma doit être adaptée en fonction de l'application utilisée et notamment il peut être utile d'augmenter le volume du réacteur plasma pour une plus grande efficacité du réacteur lors d'une application, par exemple, de traitement des gaz pollués ou pour la stérilisation de surfaces. Certains documents décrivent des dispositifs d'alimentation permettant d'obtenir une tension élevée. On peut citer par exemple la demande de brevet américain US 2007/0188157 qui décrit un dispositif d'alimentation à haute tension peu onéreux et de petite taille. On peut également citer la demande de brevet européen EP 1 675 139 qui décrit un dispositif d'alimentation pour un réacteur plasma délivrant un courant continu avec une tension comprise entre 400V et 1600V. Mais ces dispositifs délivrent un courant continu qui ne permet pas d'amorcer un plasma de type DBD. Le brevet américain US 6,156,162 divulgue une méthode d'alimentation d'un réacteur plasma de type DBD délivrant un signal d'alimentation pulsé bipolaire appliqué à deux électrodes. Mais le niveau d'amplitude de la tension délivrée n'est pas indiqué, en outre le générateur de tension utilisé délivre un courant alternatif et ne correspond pas aux organes de stockage d'énergie classique utilisés dans l'automobile. I1 existe donc un besoin pour un dispositif d'alimentation pour un véhicule automobile permettant d'alimenter un réacteur plasma à partir d'une batterie classique. I1 est en outre important de pouvoir équiper un véhicule automobile d'un dispositif d'alimentation qui possède une taille raisonnable et adaptée aux contraintes d'espace du véhicule automobile. I1 doit en outre être capable de délivrer une tension suffisamment élevée pour alimenter tout type de réacteur plasma et notamment des réacteurs plasma de grand volume en fonction des applications.
L'invention a donc pour objet un dispositif d'alimentation pour réacteur plasma pour véhicule automobile équipé d'un organe de stockage d'énergie électrique. Ce dispositif comprend un moyen pour augmenter une tension continue d'alimentation fournie par ledit organe de stockage et un moyen pour élaborer deux signaux alternatifs déphasés à partir de ladite tension augmentée, lesdits signaux étant destinés respectivement à des électrodes du réacteur plasma. Grâce à ce dispositif d'alimentation, on peut obtenir, à partir d'une batterie classique délivrant un courant continu de tension peu élevée d'environ 12V, un signal de plusieurs kV, pulsé, bipolaire à fréquence variable. Grâce à un déphasage des signaux on peut augmenter la différence de potentiel entre les deux électrodes. Cette différence de potentiel augmentée entre lesdites électrodes permet d'amorcer un plasma. En outre, ce dispositif est de taille adaptée à être embarqué dans un véhicule automobile. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits signaux alternatifs sont déphasés d'une demi-période. Ce déphasage d'une demi-période permet d'obtenir une différence de tension maximum entre lesdites électrodes pour un niveau de tension donné des signaux bipolaires déphasés. Selon encore une autre caractéristique du dispositif, le réacteur plasma comprend une électrode de masse. Avantageusement, le dispositif d'alimentation peut être équipé d'une électrode de masse afin de créer une différence de potentiel supplémentaire avec les électrodes recevant lesdits signaux déphasés pour mieux répartir spatialement les décharges électriques au sein du réacteur plasma. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'alimentation comprend au moins une première rangée d'électrodes destinée à recevoir un premier signal alternatif et au moins une deuxième rangée d'électrodes destinée à recevoir le deuxième signal alternatif déphasé et au moins une rangée d'électrodes de masse, décalée par rapport à ladite première rangée d'électrodes.
Grâce à cet autre agencement des électrodes, on peut assurer une plus grande efficacité de la répartition spatiale de la décharge et donc de l'efficacité de l'application désirée au sein du réacteur. En outre, une alimentation adaptée selon la configuration des électrodes, permet d'augmenter le volume du réacteur plasma et donc son efficacité pour un minimum d'encombrement de ce dernier. Avantageusement, les électrodes destinées à recevoir les signaux alternatifs sont enrobées d'un diélectrique. Ce diélectrique permet de protéger les électrodes et d'empêcher les passages à l'arc intempestifs qui pourraient endommager le dispositif. Selon une autre caractéristique du dispositif, lesdits signaux alternatifs sont des signaux alternatifs pulsés. I1 peut être utile d'obtenir des signaux d'alimentation ayant un temps de monté rapide pour produire des décharges rapides au sein du réacteur plasma afin d'améliorer son efficacité. En variante, les signaux d'alimentation peuvent être du type sinusoïdal. Avantageusement, l'organe de stockage d'énergie électrique est une batterie capable de générer une tension continue d'alimentation d'au moins 12 volts.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé d'alimentation pour réacteur plasma pour véhicule automobile. Selon ce procédé, on augmente une tension continue d'alimentation fournie par un organe de stockage d'énergie électrique et l'on élabore deux signaux alternatifs déphasés à partir de la tension augmentée, lesdits signaux étant destinés respectivement à des électrodes du réacteur plasma. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on déphase lesdits signaux alternatifs d'une demi-période. Selon encore un autre mode de mise en oeuvre, on élabore des signaux alternatifs pulsés. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif d'alimentation pour réacteur plasma ; -la figure 2 est une vue schématique des signaux déphasés destinés aux électrodes du réacteur plasma ; - la figure 3 est un schéma synoptique d'un mode de répartition des électrodes d'un réacteur plasma ; et - la figure 4 est un organigramme illustrant les principales étapes du procédé d'alimentation d'un réacteur plasma selon l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté un réacteur plasma 1 comprenant un milieu ionisé 2 et une pluralité de paires d'électrodes 3. Chaque paire d'électrodes 3 comprend une électrode positive 4, appelée anode, et une électrode négative 5, appelée cathode. Les paires d'électrodes 3 sont disposées de manière à alterner une électrode positive 4 avec une électrode négative 5. On a également représenté un organe de stockage d'énergie électrique 6 destiné à délivrer un signal d'alimentation ayant une tension continue et peu élevée, c'est-à-dire inférieure à 1 kV. Par exemple, l'organe de stockage peut être une batterie classique de véhicule automobile délivrant une tension d'environ 12V. Les électrodes 4 et 5 peuvent être de formes variées, comme par exemple de forme cylindrique, conique ou polyédrique. Le signal d'alimentation, issu de l'organe de stockage d'énergie électrique 6 est transmis, par la connexion 7 à un dispositif d'alimentation 8. Ce dispositif d'alimentation 8 reçoit le courant continu, issu de l'organe de stockage d'énergie électrique 6, et le modifie selon deux étapes. Dans une première étape, le dispositif 8 est capable d'augmenter le niveau de la tension du courant émis par l'organe de stockage d'énergie électrique 6 et de transformer le courant continu en un courant alternatif pulsé. En variante, le dispositif 8 est capable de transformer le courant continu en un courant alternatif de type sinusoïdal.
Au cours de cette première étape, le signal d'alimentation augmenté atteint une tension maximum, notée Umax, de plusieurs kV. Dans une deuxième étape, le dispositif 8 assure le dédoublement du signal alternatif augmenté et génère deux signaux alternatifs déphasés respectivement sur les connexions 9 et 10, dont la tension varie entre les valeurs extrêmes ùUmax et +Umax. Le premier signal est transmis par la connexion 9 en direction des électrodes positives 4 des différentes paires d'électrodes 3. Le second signal déphasé par rapport au premier est transmis par la connexion 10 en direction des électrodes négatives 5 desdites paires d'électrodes 3. Les électrodes positives 4 et négatives 5 sont disposées de manière alternée pour créer une différence de potentiel entre une électrode positive et une électrode négative. Cette différence de potentiel crée une décharge électrique 11 entre les paires d'électrodes 3. Les signaux peuvent être déphasés d'une demi-période égale à n. Dans ce mode de réalisation, lorsque la tension du premier signal atteint la valeur +Umax, la tension du deuxième signal atteint la valeur ùUmax, donc la différence de potentiel entre les deux électrodes positive 4 et négative 5 sera égale à la différence crête à crête des deux signaux, c'est-à-dire égale à 2Umax. Cette différence de potentiel permet d'amorcer le milieu ionisé 2 situé entre les deux électrodes 4 et 5 de chaque paire d'électrodes 3. Le réacteur plasma 1 comprend également une électrode de masse 12 reliée à une masse 13. Cette électrode supplémentaire permet de créer une différence de potentiel entre les électrodes 4 et 5 de chaque paire d'électrodes 3 égale à Umax. En variante, les électrodes positives 4 et négatives 5, sont enrobées d'un diélectrique 14 afin d'empêcher le passage à l'arc et la détérioration éventuelle desdites électrodes. La géométrie de l'électrode de masse 12 peut être différente selon l'application désirée, elle peut être en forme de plaque, de grille ou cylindrique... Pour un gain de consommation électrique, il est avantageux de ne pas enrober l'électrode de masse 12 dans un diélectrique 14.
Sur la figure 2, on a représenté une vue schématique des signaux déphasés d'alimentation du réacteur plasma. On a représenté, sur un premier schéma 20, le signal d'alimentation 21 à tension continue délivré par l'organe de stockage d'énergie électrique 6 en entrée du dispositif d'alimentation 8. On a également représenté, sur un deuxième schéma 22, les signaux d'alimentation 23 et 24 en sortie du dispositif d'alimentation 8. Le premier signal alternatif pulsé 23, émis sur la première connexion 9, possède une tension qui varie entre les valeurs ûUmax et +Umax. Le deuxième signal alternatif pulsé 24, émis sur la deuxième connexion 10, possède également une tension qui varie entre les valeurs ûUmax et +Umax. En outre, Le deuxième signal 24 est déphasé d'une demi-période égale à 7( par rapport au premier signal 23. On peut noter que la différence crête à crête entre les deux signaux est égale à 2 U,nax.
Sur la figure 3 on a représenté un autre mode de répartition des électrodes d'un réacteur plasma. On a représenté plusieurs lignes d'électrodes 30. Chaque ligne d'électrodes 30 comprend plusieurs paires d'électrodes 3 alignées et disposées de manière à alterner une électrode positive 4 avec une électrode négative 5. Entre les deux lignes d'électrodes 30 est placée une ligne 31 d'électrodes de masse 32 reliées par une connexion 33 pour relier chaque électrode de masse 32 à une masse commune 13. Sur cette figure on a également représenté le diélectrique 14 et les décharges électriques 11 selon la figure 1. Les lignes 30 d'électrodes sont disposées de manière à former une première rangée 34 d'électrodes positives 4 et une deuxième rangée 35 d'électrodes négatives 5. Dans ce mode de réalisation, les lignes 31 d'électrodes de masse 32 sont disposées de manière à former des rangées 36 d'électrodes de masse 32. Ces rangées 36 d'électrodes de masse 32 sont décalées par rapport aux rangées 34 et 35 d'électrodes de manière à ce qu'une rangée 36 d'électrode de masse soit placée entre une rangée 34 d'électrodes positives 4 et une rangée 35 d'électrodes négatives 5. Dans ce mode de réalisation, les rangées 36 d'électrodes de masse 32 sont décalées par rapport aux rangées d'électrodes 34 et 35.
Ce décalage permet d'homogénéiser la répartition des charges au sein du réacteur plasma. Ce dispositif de rangées successives peut être répété dans un réacteur plasma ayant un plus grand volume pour une meilleure efficacité du réacteur.
Sur la figure 4, on a représenté un organigramme illustrant les principales étapes du procédé d'alimentation d'un réacteur plasma selon l'invention. Dans une première étape 100, on augmente une tension continue d'alimentation provenant d'un organe de stockage d'énergie électrique 6. Dans une deuxième étape 101, on transforme le signal augmenté provenant de la première étape 100 en un signal alternatif. Dans une troisième étape 102, on élabore deux signaux alternatifs à partir du signal alternatif augmenté provenant de la deuxième étape 101. Dans une quatrième étape 103, on déphase lesdits signaux, l'un par rapport à l'autre, afin d'obtenir deux signaux alternatifs déphasés 23 et 24. Ces signaux alternatifs déphasés sont destinés à être transmis vers au moins une paire d'électrodes afin d'amorcer un plasma. Le dispositif et le procédé décrit sont simples et adaptés à être placés dans un véhicule automobile pour élaborer ces signaux à partir d'un organe de stockage d'énergie électrique, tel qu'une batterie.
Claims (10)
1. Dispositif d'alimentation pour réacteur plasma (1) pour véhicule automobile équipé d'un organe de stockage d'énergie électrique (6), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour augmenter une tension continue d'alimentation fournie par ledit organe de stockage (6) et un moyen pour élaborer deux signaux alternatifs déphasés (23, 24) à partir de ladite tension augmentée, lesdits signaux étant destinés respectivement à des électrodes (4, 5) du réacteur plasma (1).
2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel lesdits signaux alternatifs sont déphasés d'une demi-période.
3. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le réacteur plasma (1) comprend une électrode de masse (12).
4. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant au moins une première rangée (34) d'électrodes (4) destinée à recevoir un premier signal alternatif (23) et au moins une deuxième rangée (35) d'électrodes (5) destinée à recevoir le deuxième signal (24) alternatif déphasé et au moins une rangée (36) d'électrodes de masse (32) décalée par rapport à ladite première rangée (34) d'électrodes (4).
5. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les électrodes (4, 5) destinées à recevoir les signaux alternatifs (23, 24) sont enrobées d'un diélectrique (14).
6. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits signaux alternatifs (23, 24) sont des signaux alternatifs pulsés.
7. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'organe de stockage d'énergie électrique (6) est une batterie capable de générer une tension continue d'alimentation d'au moins 12 volts.
8. Procédé d'alimentation pour réacteur plasma (1) pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'on augmente une tension continue d'alimentation fournie par un organe de stockage d'énergie électrique (6) et l'on élabore deux signaux alternatifs déphasés à partir de la tension augmentée, lesdits signaux étant destinés respectivement à des électrodes du réacteur plasma (1).
9. Procédé d'alimentation selon la revendication 8, dans lequel on déphase lesdits signaux alternatifs d'une demi-période.
10. Procédé d'alimentation selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel on élabore des signaux alternatifs pulsés.
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