WO2004054330A1 - Procedepour generer un plasma hors equilibre a caracteristiques controlees et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procedepour generer un plasma hors equilibre a caracteristiques controlees et dispositif pour sa mise en oeuvre Download PDF

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WO2004054330A1
WO2004054330A1 PCT/FR2003/003545 FR0303545W WO2004054330A1 WO 2004054330 A1 WO2004054330 A1 WO 2004054330A1 FR 0303545 W FR0303545 W FR 0303545W WO 2004054330 A1 WO2004054330 A1 WO 2004054330A1
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WO
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arc
gas
speed
reactor
generator
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PCT/FR2003/003545
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Inventor
Jean-Claude Raybaud
Original Assignee
Jean-Claude Raybaud
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055—Arc discharge

Definitions

  • the sliding arc has interesting properties, but its operation is inherent in certain limitations.
  • the residence time of the products in the reaction chamber is limited by its small volume.
  • volume imposed by the geometry of the reactor distance between electrodes, gas velocity.
  • the modulus of the relative speed of the arc is 100% of the gas speed.
  • the force of the gas on the arc therefore increases very quickly with the cube of speed.
  • a multi-circulation system of the same gas makes it possible to control the characteristics of this arc and allows the use of ancillary devices increasing the field of use of the plasma catalyst.
  • a mechanical pump reinjecting part of the gas possible, but complicated, not economical. From there came the idea of using the gas injection nozzle as an ejection pump (the entire flow no longer has to be compressed) and the gases leaving this ejector can also be used to circulate this same gas in a reaction chamber looping back on itself.
  • the system can therefore be declined according to 2 geometries and several variants:
  • N the number of “circulations” carried out by the gas
  • ⁇ , K, V depend on N and it is necessary to take into account the pressure drop at the outlet of the reactor, itself function of the flow entered. Flow at the reactor outlet ⁇ Flow at the reactor inlet.
  • the preceding calculations make it possible to extend the results of the tests carried out.
  • Electrode shapes are.
  • the annular shape, 2 concentric or parallel rings, offers the double advantage of allowing a continuous arc without being stationary, the arc turns endlessly and to be at the same time the most suitable form for the reactor.
  • the cutting into sector of at least one of the electrodes makes it possible to have several arcs simultaneously but limits its duration to the course of the sector. Optimization of the profile. The objective is to: facilitate the initiation of the arc and in order to have stable characteristics of the arc maintain stable physical dimensions. Since the electrodes generate the electric field, it should be maximized between the electrodes and minimized at the rear of them, in order to reduce the stresses on the electrical insulators.
  • This invention provides a “toolbox” of complementary effects and devices that can be used.
  • the "cyclone” effect like on a bagless vacuum cleaner, keeps particles in, can also be used as a filter for solid particles.
  • the walls of the reactor can be lined with catalyst material or even formed with porous catalyst material.
  • the synergy is multiplied compared to a “classic” arch guide provided with a catalysis chamber after a single arc treatment, due to the multiple passages of the arch and the proximity of the walls.
  • Pulsed mode the invention thanks to the optional device for controlling the arc by induction can operate in alternating or discontinuous mode.
  • the substances to be treated are introduced then the injector is closed, the arc is struck in the stationary gas, it is moved by the magnetic field. At the end of the treatment period the outlet orifice is opened and the gas is extracted.
  • the low speed of the arc in this mode allows prolonged residence times in the plasma, coupled with a suitable number of arc passages, allows "advanced" treatments.
  • Patents with a technological background, classified A in the preliminary search report without mandatory response Patents with a technological background, classified A in the preliminary search report without mandatory response.
  • Patent WO 02/058452 A2 by M. Zayika O Present in the description of the apparent similarities on the shape of the electrodes: annular and on the presence of magnetic field. However, as shown in FIG. 2 of his patent, these are very elongated tubular rings, while in the present patent these are flattened rings in the form of a disc crown. Operation is different not based on recirculation. The objectives of the magnetic field are different: simple setting in motion of the arc whereas here it is a question of adjusting the speed of sliding of the arc thus its specific power. Attempts
  • 2nd test series Fixed speed with variable flow, the speed was fixed at 15m s the flow could vary in a ratio of 10.
  • 3rd test series Test of the additional device for controlling the arc by induction.
  • N side depends only on B, U generator and Rc limiting the current. It is possible to stabilize the voltage at a constant value up to a value of ⁇
  • the average arc current must be limited to a value allowing observation.
  • the device is made up of 2 sub-assemblies: the reactor assembly and its regulation The electrical supply, composed of the power part, ignition and stabilization of the arc plus a set of annexed devices intended to increase the field of use .
  • the reactor assembly Fig 1 The device is composed of an enclosure (9), and a flow guide chamber (2) looped back on itself which is also the reaction chamber, in which the electrodes ( 3), two or more.
  • the variable section is produced by a simple needle screw in a circular hole or by a corner in a rectangular section or any other device.
  • a channel (7) which conducts the gases outside the reactor enclosure. The device is available in 2 variants.
  • the electrodes (3) are arranged according to a normal or parallel generator.
  • the electrodes are located on a disk plane or a tube. Depending on the application, one or more electrodes are cut into sectors.
  • the entire device is identical to that described except for the reaction chamber (2) which from annular becomes straight in order to allow the use of a conventional arc guide and consequently the body (9).
  • the return of the gas to the injection point in order to allow recirculation is effected by one or more recirculation chambers (13), two in the case presented.
  • These chambers can optionally contain or be lined with a catalyst material promoting the chemical reaction.
  • an optional additional gas inlet port provided with a flow control device can be added.
  • the recirculation chamber or chambers (13) end in a portion in the form of a sphere portion.
  • This device may be a simple ⁇ p sensor controlling as a function of a set point or a simple pressure adjustment valve.
  • the central control unit (14) based on a microprocessor or analog electronics, stores the operator's setpoint values and receives information from the power supply unit (10) current voltage, flowmeter and acts on the passage section (8) of the injector (4) and on the pressure at the inlet thereof by means of the adjustment valve (22) or by means of a more complex device acting on the upstream process.
  • the latter comprises an ejection chamber, comprising the adjustable injection nozzle (4) with variable passage section (8), separate from (2) located tangentially to the reactor supplied by one or more channels taking the gas from the chamber (2) and returning it using other channels.
  • the gas inlets and outlets are tangential but in opposite directions in order to favor the flow. Operation Ejection puts the gases in the reactor in rapid circulation.
  • the device makes it possible to adjust the speed or the rate of recirculation independently of the flow rate, which gives the arc (11) the desired characteristics.
  • the central control unit (14) stores the operator's instructions, gas flow and current in the arc and receives information from the power supply unit (10) current voltage, from the flow meter and acts on the flow section (8 ) of the injector (4) and on the pressure at the inlet thereof by means of the adjustment valve (22) so as to maintain the gas flow and the current and or the power in the arc at the values instructions.
  • the ejection chamber comprising the adjustable injection nozzle (4) with variable passage section (8), functions as an ejection pump.
  • the power module consists of a direct current electric generator (10) Characteristics, order of magnitude: voltage from 1 to 10 KV, current from 100mA to 1 A, power per arc supplied from 100W to 10 KW.
  • the coupling to the reactor is done through an LCR circuit (not shown).
  • Arc ignition is carried out separately, which allows the use of a power supply for several arcs, only the coupling, ignition and stabilization circuits are to be multiplied as a function of the number of arcs.
  • this reactor due to the controllable arc cutoff frequency makes it possible to add a recuperator circuit L, C, diode increasing the supply voltage and the efficiency (not shown). This type of circuit is well known in television.
  • Priming is carried out by the pulse generator (12), with characteristic, fundamental frequency of the order of 10 Hz, recurrence frequency depending on application between 100 Hz and lOOKHz, peak voltage from 10 to more than 50KV., the power of the pulse generator is low of the order of 1 to 10OOW depending on application. Priming is facilitated by the rapid variation of the front of the dv / dt pulse.
  • the coupling between generators is carried out using the 2 windings (17), coupled to the pulse generator (12) and (23) THT (very high voltage). These 2 windings are magnetically coupled.
  • the pulses are differentiated and transmit to the electrode by means of the capacitance (18) value 100 pF at INF.
  • Stabilization of the arc is achieved by means of the ignition device described above and by means of the coil (20) in series with the power supply.
  • the coil (20) is coupled with the THT coil (23) or has its own THT coil, the high overvoltage by the ratio between the windings will re-strike the arc in a very short time while the effects of ionization do have not disappeared.
  • An optional gas inlet port without injection overpressure can be added (not shown). It is located around the injection nozzle, to allow the gas to be sucked in by the vacuum generated. It is equipped with a flow control device in order to be able to adjust and maintain at the desired level the ratio between the flow coming from the injector and the flow from the optional orifice. In the case where the flow rate of the optional orifice is imposed by an external process, it is possible to act by playing on the injector ⁇ p.
  • all the treated flow does not have to undergo the pressure drop of the injector and therefore the possible compression, by means of an output speed proportional to the injector, it is possible to limit its flow to a small part of the total flow or on the injection of one of the compounds already under pressure in the process.
  • Electrodes It is possible to have: a necking zone at a point to reduce the spacing between the 2 electrodes in order to favor priming in certain cases Several sets of electrodes located on cylindrical generator or disc plane or cutting of one or 2 sector electrodes to increase the power by multiplying the number of arcs or combining the previous ones. In the case of sector electrodes, this necking zone will be located at the start of the sector with respect to the direction of gas flow.
  • Pulsed mode thanks to the optional induction arc control device, the reactor can operate in alternating or discontinuous mode.
  • the substances to be treated are introduced then the injector is closed, the arc is struck in the stationary gas, it is moved by the magnetic field. At the end of the treatment period the outlet orifice is opened and the gas is extracted.
  • the low speed of the arc in this mode allows prolonged residence times in the plasma, coupled with a suitable number of arc passages, allows "advanced" treatments.
  • a complementary device for controlling the arc by induction can be added (not shown).
  • the regulator also calculates and adjusts the current in the induction coil so as to regulate the sliding speed of the arc which allows to independently adjust the flow rate, the current in the arc and the recirculation rate .
  • This field is generated in the air gap of the circuit constituted by the reaction chamber, even allows operation at flow rate 0, as studied in tests 3, the supply of gas to be treated being done cyclically, this allows very “treatments” pushed on small amount of products.
  • treatment of liquid or powder under neutral gas also includes a current generator controlled by the regulating member (14) which supplies the coils or it uses the current from the power generator (10) supplying the arc.
  • the current creates the magnetic field which in turn acts on the arc, increasing or decreasing the sliding speed of the arc according to polarity, speed variation which at its turn varies the current.
  • the direction of the effect and its modulus depends on the chosen parameters, direction of induction, gas speed and generator characteristics.
  • the device can operate in a wide range of pressure and temperature of order of magnitude from a fraction of bar at several bars and at temperatures up to over 1000 ° C.
  • the enclosure (9) supports the electrical, pressure and temperature constraints represented in a single block for the clarity of the drawing.
  • FIG. Ballast actually consists of one or more specialized enclosures.

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Abstract

Le fonctionnement de l'arc glissant est inhérent à certaines limitations. Faible pourcentage de gaz traité par l'arc, nécessite des systèmes multi-arcs, donc complexes et coûteux, pour un meilleur traitement. Faible rendement électrique Caractéristiques de l'arc, puissance spécifique, diamètre, température dépendant de la vitesse de glissement du gaz, lui-même fonction de la vitesse du gaz donc du débit et du temps écoulé depuis la naissance de l'arc. Un système à multi-circulation du même gaz permet de contrôler les caractéristiques de cet arc et permet l'utilisation de dispositifs annexes augmentant le champ d'utilisation du catalyseur plasma. Une chambre annulaire de guidage du flux (2) le réacteur, les électrodes (3), deux ou plus, annulaires elles aussi. Une buse d'injection réglable à section de passage variable (8) dont l'axe est tangentiel au réacteur. Un dispositif de réglage de la Opression entre la chambre annulaire de réaction (2) et la chambre interne de l'injecteur (5). Un dispositif d'évacuation des gaz après traitement (6) L'éjection de gaz met les gaz dans le réacteur en rotation. Il est donc possible de régler la vitesse indépendamment du débit ce qui permet de donner à l'arc les caractéristiques souhaités . Applications : principalement chimique à catalyseur plasma particulièrement les systèmes avec une rangeabilité de débit importante.

Description

Procédé pour générer un plasma hors équilibre à caractéristiques contrôlées et dispositif pour sa mise en œuvre
Dessins : 3 Figl réacteur à recirculation version annulaire Fig2 vue générale par blocs du dispositif Fig3 réacteur à recirculation chambre longitudinale
L'arc glissant possède des propriétés intéressantes, mais son fonctionnement est inhérent à certaines limitations.
Faible pourcentage de gaz traité par l'arc, nécessite des systèmes multi-arcs, donc complexes et coûteux, pour un meilleur traitement. Faible rendement électrique : puissance réelle dans l'arc / puissance consommée.
Caractéristiques de l'arc, puissance spécifique, diamètre, température des différentes espèces dépendant de la vitesse de glissement du gaz, lui-même fonction de la vitesse du gaz donc du débit et du temps écoulé depuis la naissance de l'arc.
Le temps de séjour des produits dans la chambre de réaction est limité par son faible volume.
Volume imposé par la géométrie du réacteur : distance inter électrodes, vitesse des gaz.
Lors de l'étude des applications, la principale difficulté est liée à Tinter dépendance des paramètres. Comment reconnaître les caractéristiques du plasma favorable générant une réaction souhaitée de celles déclenchant une réaction parasite ?
Objectif du dispositif :
Obtenir un arc donc les caractéristiques maintenues constantes et ajustables aux valeurs souhaitées, permettent, grâce aux températures stables obtenues, une étude rationnelle et aussi différenciée que possible des réactions OcatalyséesO par le plasma. Le tout, si possible, en améliorant les performances des dispositifs actuels grâce un système simple et économiquement viable qui puisse permettre son exploitation économique.
Plusieurs études précédemment réalisées ont montré l'influence des températures de l'arc sur les rendements chimiques. Ceci, sur les réactions voulues et non souhaitées. Le courant et les pertes thermiques sont les facteurs déterminants de la température. Les pertes thermiques sont de 3 types : rayonnement, conduction et convection.
Rayonnement, faible dans le cas présent, mais le rayonnement UN influence aussi les réactions chimiques. Conduction, imposé par le milieu ambiant, seule l'action sur la pression permet une variation.
Convection : de gravitation, très faible dans le cas présent de convection forcée, liée à la vitesse relative de l'arc par rapport au gaz, les plus importantes et il est possible de les contrôler en jouant sur la vitesse différentielle arc gaz. Ceci montre bien l'intérêt qu'il y a à rechercher un système a courant constant et à vitesse différentielle d'arc constante mais ajustable
Simplicité et économie, mécanique, électronique et énergétique Mécanique éviter d'aller vers des solutions compliquées avec de nombreuses pièces en mouvement ou la nécessité de comprimer la totalité du débit.
Electronique nombre minimum d'électrodes et tension max de 30KN aux générateurs afin de rester sur des montages simples sans composants «exotique » limitant les problèmes d'isolement et d'étanchéité.
Origine du dispositif.
Etude d'un arc stabilisé au moyen d'un champ magnétique.
Des formules simplifiées ont été utilisées, ceci afin de rendre plus visible les paramètres essentiels. Il a été déjà précédemment admis dans plusieurs études d'assimiler l'arc à un conducteur solide. ( A l'inverse des liquides la viscosité des gaz augmente avec la température. )I1 a été aussi mesuré un glissement des vitesses arc / aux vitesses gaz de 5à 10%. Avantages
Il a des caractéristiques stables pour un débit fixe : puissance et températures. II «traite » tout le gaz passant dans sa zone d'influence.
Inconvénients
En dehors du problème de tenue des électrodes, arc demeurant au même point, il est très difficile de créer une induction suffisante pour stabiliser l'arc sauf à de très faibles vitesses.
En effet, dans ce cas le module de la vitesse relative de l'arc est de 100% de la vitesse gaz. En assimilant l'arc a un conducteur solide la force exercée par le gaz sur un arc immobile
Fg=R N et R*=CQl/2SNz =>
Fg=CQl/2SN3
Avec C coefficient dépendant de la forme et du nombre de Reynolds Q masse volumique S surface =d 1 diamètre, longueur
La force du gaz sur l'arc augmente donc très rapidement avec le cube de la vitesse.
Il lui est opposé Fb
Loi de Lorentz F=B 1 1,
F- force, B- induction,
1- longueur du conducteur dans ce cas de l'arc, I- courant.
Avec B 1 normaux.
Si F=CQ1/2SN3 et F=B 1 1 => B=1/2CQ SN3/1 1 => Tout accroissement de N nécessite un accroissement de B dans un rapport proportionnel au cube et :
Par le régime d'arc I est limité à quelques centaines de mA
Jouer sur 1 est délicat et ne change rien si 1 71 => S 71 = Fg7l
Reste B, mais du fait de l'entrefer inhérent au passage du gaz + isolation électrique (total mini 20 mm ) une induction de plusieurs Teslas n'est pas économiquement réalisable car le nombre ampère tours nécessaire croit rapidement de plusieurs ordres de grandeur -= Fb à une valeur faible => Ng est limitée à quelques M/S=> débit faible car section du gaz limité par 1 et par B.
Cette étude n'a toutefois pas été inutile, comme nous le verrons un peu plus tard, l'induction offre un moyen de contrôle de l'arc si il est possible de se limiter à agir non sur N mais sa vitesse relative par rapport au gaz ou vitesse de glissement.
Tout ceci a conduit après un certain nombre de «solutions et essais » farfelus à envisager un système avec de multiples passages du gaz au contact d'un ou plusieurs arcs en mouvement contrôlé.
Un système à multi-circulation du même gaz permet de contrôler les caractéristiques de cet arc et permet l'utilisation de dispositifs annexes augmentant le champ d'utilisation du catalyseur plasma.
Comment permettre d'effectuer des passages multiples du gaz dans le même arc.
Une pompe mécanique réinjectant une partie du gaz : possible, mais compliqué, non économique. De là est partie l'idée d'utiliser la buse d'injection du gaz comme une pompe a éjection (la totalité du débit n'a plus a être comprimé) et les gaz sortant de cet éjecteur peuvent être aussi utilisés pour mettre en circulation ce même gaz dans une chambre de réaction se rebouclant sur elle-même.
Le système peut donc se décliner selon 2 géométries et plusieurs variantes:
Un guide arc classique avec chambre de réaction droite avec une ou plusieurs chambre de recirculation renvoyant la majeure partie du débit à l'entrée,
Une chambre et au moins 2 électrodes annulaires maintenant un arc sans fin,
Etudes pour obtenir un arc à caractéristiques constantes mais réglables- Arc à caractéristiques constantes mais réglables = Vitesse du fluide indépendante du débit. => Solution possible : géométrie variable mais mécanique complexe donc non économique et rangeabilité faible. Solution mise de coté.
Les formules ont été simplifiées pour la clarté de l'exposé. Seul un calcul itératif rebouclant l'ensemble des paramètres serait rigoureux, cependant les ordres de grandeur trouvés et les sens de variation concordent avec les mesures effectuées. Dr = De Ν et Dr=NS =>N=De Ν/S
S étant cte=>si De varie Ν doit varié en sens inverse
Dr débit dans le réacteur De débit entré Ν nombre de passage du gaz.
S section du réacteur
V vitesse du gaz dans le réacteur Quelle est la forme, qui se rebouclant sur elle-même a la perte de charge la + faible ? La forme annulaire avec section circulaire ou rectangulaire. Pd = p V2/2
Avec Pd pression dynamique p masse volumique V vitesse Un accroissement de la vitesse du gaz injecté génère un Δp servant de «pompe » au dispositif. Le débit maxi à l'intérieur de l'anneau n'étant limité que par les pertes de charge. Une explication plus «physique » : le gaz injecté «pousse » devant lui les molécules de gaz présentes et crée une zone d'aspiration à l'arrière.
On peut aussi considérer le système comme une roue Pelton dont les aubes seraient constituées par le gaz lui-même, explication qui ouvre une approche plus simple en raisonnant sous forme de bilan énergétique. We= Δpe De η Avec We puissance utile à l'entrée
Δpe différence de pression à l'entrée De débit à l'entrée η rendement
Aux variations de rendement près, il est possible de maintenir We =cte avec De variable, en agissant en sens inverse sur Δpe mais toute action sur Δpe modifie le débit sauf si nous agissons sur la section de passage. De ≈ Ve S et Ve = kV Δpe => De = kVΔpe S => S = VDe3/k2We
Avec Ve vitesse sortie injecteur
S section de l' injecteur En clair il faut agir sur S en sens inverse de De et un peu plus vite. Rapport Vue3 Dans notre cas la puissance utile n'est pas récupérée sur l'arbre mais sert à lancer puis à maintenir le gaz en rotation dans le réacteur qui est «freiné » par ses propres pertes de charges. Wr =Δp Dr Δp=K N2 et Dr= De N =^ Wr =K V2 DeN =>Δpe De η = K V2De N Avec Wr puissance utile pour mettre le gaz en rotation dans le réacteur Δp perte en charge du a l'écoulement dans le réacteur Dr débit dans le réacteur K coefficient regroupant pour la clarté de l'exposé les dimensions du réacteur, la viscosité, le nb de Reynolds, la rugosité, la masse volumique.... V vitesse du gaz dans le réacteur
N le nombre de «circulation » effectué par le gaz La formule précédente ne permet pas un calcul direct de N mais fait ressortir les paramètres principaux intervenants. Là aussi un calcul itératif est nécessaire η ,K ,V dépendent de N et il faut tenir compte de la perte de charge à la sortie du réacteur, elle même fonction du débit entrée. Débit à la sortie du réacteur ≈débit à l'entrée du réacteur. Toutefois, les calculs précédents permettent d'étendre les résultats des essais effectués.
Formes des électrodes.
La forme annulaire, 2 anneaux concentriques ou parallèles, offre le double avantage d'autoriser un arc continu sans être immobile, l'arc tourne sans fin et d'être à la fois la forme la plus adapté au réacteur. Le découpage en secteur d'au moins une des électrodes permet d'avoir plusieurs arc simultanément mais limite sa durée au parcours du secteur. Optimalisation du profil. L'objectif est de : faciliter l'amorçage de l'arc et afin d'avoir des caractéristiques de l'arc stables lui maintenir des dimensions physiques stables. Les électrodes générant le champ électrique, il convient de le maximaliser entre les électrodes et de le minimaliser à l'arrière de celles ci, afin de diminuer les contraintes sur les isolants électriques.
Le champ électrique s 'accroissant avec la dérivée du rayon de courbure de l'électrode et avec les dimensions de celle ci dans la direction du champ "^ forme la plus éfilé pour les parties se faisant face entre lesquelles va être généré l'arc et forme arrondie avec le rayon de courbure le plus grand possible sans arêtes vives de l'autre coté. Inconvénient: en cas de courant important, la forme éfilé risque d'accroitre l'érosion des électrodes par augmentation de la température. Risque qui peut être limité si la vitesse des gaz permet un refroidissement suffissant.Les échanges thermiques croissant avec le carré de la vitesse , la couche limite diminuant dans des proportions inverses et en passant à un nombre de Reynolds élevé d'un écoulement en régime turbulent.
Dispositif optionnel de contrôle de l'arc par induction.
On ne peut contrôler qu'indirectement les caractéristiques du plasma en agissant sur le courant et sur la vitesse gaz grâce à la recirculation. Mais il n'est pas possible d'agir directement sur la vitesse arc par rapport au gaz qui est le paramètre essentiel déterminant les pertes par convection donc la puissance spécifique. Dans certain cas, notamment aux très faibles vitesses ou lorsque la vitesse gaz est limitée par d'autres paramètres il est nécessaire de moduler la vitesse de glissement de l'arc afin d'ajuster les caractéristiques du plasma aux valeurs souhaité. Si rendre immobile un arc dans un flux élevé est difficile, moduler sa vitesse de glissement est plus facile. La vitesse de glissement d'un arc est de ≈10% de la vitesse gaz, une variation de 5% de la vitesse arc représente une variation de 50% de sa vitesse de glissement par rapport au gaz. En prenant l'hypothèse que les pertes convectives varient avec le carré de la vitesse on perçoit la rangeabilité qu'il est possible d'obtenir sur les caractéristiques de l'arc. Nous avons vu que : Si F=CQ1/2SN3 et F=B 1 1 => B-1/2CQ SN3/1 1 =
Tout accroissement de N nécessite un accroissement de B dans un rapport proportionnel au cube . Dans le cas présent nous ne cherchons plus a agir sur la totalité de la vitesse gaz mais sur la vitesse de glissement de l'arc=> un champ beaucoup plus faible est donc nécessaire=>plus facilement réalisable malgré les dimensions de l'entrefer. Si ce champ est généré par une bobine parcourue par un courant Ib , il est facile en changeant le sens de Ib d'inverser le vecteur champ => inverser le vecteur de la force Fb générées « accélérer ou freiner » l'arc:=> diminuer ou accroître la puissance spécifique de l'arc. L'effet n'est toutefois pas symétrique , l'accroissement de la vitesse de l'arc qui est une diminution de la vitesse de glissement nécessite un accroissement de B de plus en plus faible la dérivée tend vers 0 lorsque Ng tend vers 0 car Fb tendant vers 0 lorsque Ng tend vers O.Si on inverse le courante inversion de B = inversion de Fb dans le sens d'une diminution de la vitesse arc=>accroissement de Ng qui est vite limité par la variation cubique de la fonction. Toutefois, ce n'est pas ici un inconvénient, l'objectif n'est plus d'immobilisé l'arc , mais de faire varier ses pertes convectives de façon à ajuster ses températures. Performances du dispositif :
Il est possible d'obtenir un arc à partir d'une vitesse inférieure à lm/s jusqu'à plus de lOOm/s avec des puissances spécifique de l'ordre du KW à 50 KW/m. Il est difficile de donner des valeurs précises sur les températures de l'arc, la logique permet toutefois d'affirmer que si nous pouvons stabiliser les paramètres de l'arc : courant, tension, et les pertes thermiques en stabilisant la vitesse et le glissement nous devrions obtenir des températures stables et reproductibles. Les caractéristiques du mélange à l'entrée sont supposées constantes.
Champs d'applications : Chimie : toutes les applications d'un guide arc classique ou l'on souhaite accroître les performances ou mieux connaître l'influence de chaque paramètre, en remplacement ou combinaison avec un catalyseur.
Particulièrement adapté dans les procédés nécessitant une puissance dans l'arc faible (ordre de grandeur du KW ) mais devant travailler avec des débit variables dans une plage large (ordre de grandeur 1 à 10 ).
Autres possibilités offertes par le dispositif :
Cette invention offre une « boite à outils » d'effets et dispositifs complémentaires pouvant être exploités.
L'effet de « cyclone » , comme sur un aspirateur sans sac, maintient les particules, peut être également utilisé à des fins de filtre pour les particules solides.
Une synergie accrue entre le « catalyseur plasma et catalyseur matériau ». Les parois du réacteur peuvent être tapissées de matériau catalyseur ou même, formées de matériau catalyseur poreux. La synergie est multipliée par rapport à un guide arc « classique » munie d'une chambre de catalyse après traitement unique par l'arc, du fait des passages multiples de l'arc et de la proximité des parois.
Utilisation de catalyseur poudre. Les 2 effets décrit précédemment peuvent être combinés , en utilisant un catalyseur sous forme de poudre .Avantage : avoir une très grande surface pour un faible coût, la surface du catalyseur croit de manière inversement proportionnelle à la taille des particules, un cube de 1cm a une surface de 6 cm2 sous forme de particules de lμ 6m2. Le catalyseur et l'arc se trouve intimement liés. L'effet cyclone, comme sur un aspirateur sans sac, maintient les particules en rotation . Le choix du catalyseur est plus délicat, il est directement au contact de l'arc, risque de réaction parasite.
Traitement de liquide soit sous forme pulvérisé soit directement par : Utilisation d 'électrode liquide, du fait de la rotation, la force centrifuge devient prépondérante devant g, même à faible vitesse ce qui permet au liquide de rester plaqué dans une gorge annulaire remplaçant l'électrode extérieure. Gorge réalisée dans un matériau isolant avec un canal conducteur au centre. L'arc prend naissance au cœur du produit lui même. Il est donc possible de traiter des liquides difficilement vaporisables ou pour lesquels on recherche un traitement particulier. L'effet est facilité par un accroissement de la température qui à l'inverse des gaz diminue la viscosité des liquides.
Traitement de solide sous forme pulvérulente à l'aide d'un gaz vecteur ou de particule composant le gaz à traiter. L'effet cyclone sera utiliser comme précédemment décrit sauf pour la sortie des produits traités qui sera dans la zone de surpression centrifuge afin de favoriser l'extraction.
Mode puisé, l'invention grâce au dispositif optionnel de contrôle de l'arc par induction peut fonctionner en mode alternatif ou discontinu. Les substances à traiter sont introduites puis l'injecteur est fermé , l'arc est amorcé dans le gaz immobile ,il est mu par le champ magnétique. A la fin de la période de traitement l'orifice de sorti est ouvert et le gaz est extrait. La faible vitesse de l'arc de ce mode autorise des temps de séjour prolongé dans le plasma, couplé avec un nombre de passage d'arc à convenance , permet des traitements « poussés ».
Brevets présentant un arrière plan technologique, classé A dans le rapport de recherche préliminaire sans réponse obligatoire.
M. Czernichowski A et P ont réalisé de nombreux travaux sur ce type d'arc et déposé plusieurs brevets. Leur brevet 5,993,761 décrit un système à guide arc muni d'un diaphragme situé après le guide et séparant la chambre en 2 zones. La seconde zone est celle dite de maturation mais non située dans la région balayé par l'arc. Par rapport à la présente la seule similitude est une recirculation partielle généré par le diaphragme, assisté par une injection des gaz puisés. Cette recirculation est partielle et non contrôlée des gaz par est basée sur la génération de turbulences. Alors que dans la présente le design et le fonctionnement lui-même sont basé sur la recirculation. La chambre se reboucle sur elle-même. Par rapport à la présente ce système est différent : les caractéristiques du ou des arcs ne sont pas stabilisées, il n'y a pas de recirculation spécifique .
Leur brevet national 98 02940 décrit un système à guide arc dont une électrode est mobile, c'est l'électrode qui entraîne l'arc pas le gaz. Dans le cas d'utilisation particulier de traitement séquentiel d'une quantité de gaz immobile , les 2 systèmes y parviennent mais par des moyens complètement différents . Dans leur système, c'est l'électrode mobile qui entraîne l'arc, celui décrit ici utilise un champ d'induction.
Le brevet WO 02/058452 A2 de M. Zayika O Présente dans la description des similitudes apparentes sur la forme des électrodes : annulaires et sur la présence de champ magnétique. Mais comme le montre bien la Fig 2 de son brevet il s'agit d'anneaux très allongés tubulaires alors que dans le présent brevet il s'agit d'anneaux aplatis forme de couronne de disque. Le fonctionnement est différent non basé sur la recirculation. Les objectif du champ magnétique sont différents : simple mise en mouvement de l'arc alors qu'ici il s'agit d'ajuster la vitesse de glissement de l'arc donc sa puissance spécifique. Les Essais
1er série d'essai : Obtenir une vitesse réglable dans le réacteur avec un débit fixe.
Mesures effectuées avec un anémomètre, plage de mesure de 0,4 à 40 m/s. EL a été possible de maintenir une vitesse de sortie de lm/s sur une section de 10cm2 soit3, 6m3/h en faisant varier la vitesse dans le réacteur de 5 à 30 m/s en jouant simultanément et en opposition e sur la pression d'injecteur et sur la section. Ce qui, pour un réacteur de 20cm2 de section, donnent un taux de recirculation de 8 a plus de 50.
2eme série d'essai Nitesse fixe avec débit variable, la vitesse a été fixée à 15m s le débit a pu varier dans un rapport de 10. 3éme série d'essai :Essai du dispositif complémentaire de contrôle de l'arc par induction.
Ne disposant de moyen d'observation, permettant de différencier la vitesse due au gaz de celle due au champ magnétique, et afin de rendre plus apparente son influence, les essais ont été effectué dans le cas limite ou Ng tend vers 0, en pratique Ng ≈lm/s qui est une vitesse insuffisante pour déplacer l'arc ,il est « accroché ». Ce qui permettait d'étudier le déplacement de l'arc en fonction de l'induction seule.
Mesure de la vitesse de l'arc par un point de striction entre les électrodes donnant un mini de tension à chaque tour, sinon N = cte ne dépend que de B, U générateur et de Rc limitant le courant. Il est possible de stabiliser la tension à une valeur constante jusqu'à une valeur de ≈
80%> de Uo soit un rendement électrique équivalent. En conservant Uo et Rc constant, il a été vérifié que la vitesse de l'arc croit avec B et que cette variation de vitesse change les caractéristiques de l'arc U,I=> changement de la puissance spécifique en KW/m
4éme série d'essai Essai comportement de l'arc avec recirculation sans induction.
Ne disposant pas de caméra ultra rapide pour l'observation de l'arc, une méthode indirecte a été recherchée.
En utilisant un point de striction entre les électrodes forçant l'amorçage en un point unique et récurent puis en superposant des pics de tension très élevée et de courte durée sur l'alimentation continue, il est possible d'observer directement l'arc. Valeurs utilisées
Uo=3KV pics Uc =15KV durée 3à 4μs temps de récurrence ≈ 60μs. Explication : les pics de tension génèrent des pics d'intensité générant une surbrillance de l'arc et rendant sa position plus visible. Le comportement de l'arc est suffisamment stable et récurrent pour que les surbrillances se superposent à chaque rotation.
Le courant moyen de l'arc doit être limité à une valeur permettant l'observation.
5éme série d'essai Au moyen d'un caméscope numérique à 25 images/s avec une durée d'exposition réglable, mini 1/4000/s, en ajustant la vitesse de rotation à un peu plus de 25T/s, il a été possible d'observer l'arc, de corroborer les observations précédentes et de mettre en évidence la stabilité de vitesse de l'arc donc de ses caractéristiques par rapport au guide arc classique.
Ces essais ont été réalisé sur des maquettes de 50 à 200 mm de diamètre, pour faciliter la réalisation mais la réalisation de réacteurs de grande taille ne pose pas de problème particulier. Description de l'invention. Le dispositif se compose de 2 sous-ensembles : l'ensemble réacteur et sa régulation L'alimentation électrique, composé de la partie puissance, amorçage et stabilisation de l'arc plus un jeux de dispositifs annexes destinés à en accroître le champ d'utilisation. L'ensemble réacteur Fig 1 Le dispositif est composé d'une enceinte (9) , et d'une chambre de guidage du flux (2) rebouclée sur elle- même qui est aussi la chambre de réaction, dans laquelle se trouvent les électrodes (3), deux ou plus. L'enceinte représentée pour la clarté en une seule pièce est constituée en réalité de plusieurs composants assurant les diverses fonctions, étanchéité et résistance à la pression dépression, isolation électrique et thermique et traversée étanche des connections . Une ou plusieurs buses d'injections réglables (4) à section de passage variable (8) dont le ou les axes sont tangentiels au réacteur. La section variable est réalisée par une simple vis pointeau dans un orifice circulaire ou par un coin dans une section rectangulaire ou tout autre dispositif. Un ou plusieurs orifices de sortie des gaz après traitement (6). Selon les applications et l'effet recherché ce ou ces orifices sont situés concentriquement à l'électrode extérieure afin de bénéficier de la force centrifuge, effet de pompe sur l'extraction des gaz, ou plus vers l'électrode intérieure frein à l'extraction des gaz. Un canal (7) qui conduit les gaz à l'extérieur de l'enceinte du réacteur. Le dispositif se décline selon 2 variantes.
Avec l'enceinte (9) annulaire Fig 1 et la chambre de guidage du flux (2) qui est aussi la chambre de réaction annulaire, les électrodes (3), deux ou plus annulaires elles aussi, sont disposées selon une génératrice normale ou parallèle à l'axe de l'anneau, les électrodes sont situées sur un plan disque ou un tube. Suivant les applications une ou plusieurs électrodes sont découpées en secteurs.
Variante pour guide arc classique, Fig 3
L'ensemble du dispositif est identique à celui décrit sauf la chambre de réaction (2) qui d'annulaire devient droite afin de permettre l'usage d'un guide arc classique et par conséquence le corps (9) . Le retour du gaz au point d'injection afin de permettre la recirculation s'effectue par une ou plusieurs chambres de recirculation (13) deux dans le cas présenté. Ces chambres peuvent éventuellement contenir ou être tapissé d'un matériau catalyseur favorisant la réaction chimique. Comme dans le dispositif annulaire, un orifice optionnel d'entrée de gaz supplémentaire muni d'un dispositif de contrôle de débit peut être adjoint. Afin de réduire les pertes de charge et d'optimaliser la recirculation la ou les chambres de recirculation (13) se terminent par une partie en portion de sphère. Suivant la taille du dispositif il sera opportun de lui adjoindre des venelles (15), réduction des pertes de charge. Un dispositif de réglage de la pression (22) Fig 2 entre la chambre annulaire de réaction (2) et la chambre interne de l'injecteur (4). Ce dispositif peut-être un simple capteur de Δp commandant en fonction d'une consigne ou une simple vanne de réglage de pression. D'un débitmètre (16) situé en amont juste après l'arrivée de gaz (5) . Dans la version automatisé présenter Fig 2 la centrale de régulation (14), à base de microprocesseur ou d'électronique analogique, mémorise les valeurs de consignes de l'opérateur et reçoit les informations du bloc alimentation de puissance (10) tension courant , du débitmètre et agit sur la section de passage (8) de l' injecteur (4) et sur la pression à l'entrée de celui- ci au moyen de la vanne de réglage (22) ou au moyen d'un dispositif plus complexe agissant sur le processus en amont.
Pour les applications qui nécessitent de réduire les turbulences d'injection ou diminuer le coût du dispositif, celui -ci comporte une chambre d'éjection , comportant la buse d'injection réglable (4) à section de passage variable (8), distincte de (2) situé tangentiellement au réacteur alimenté par un ou plusieurs canaux prélevant le gaz dans la chambre (2) et le retournant à l'aide d'autres canaux. Les entrées et sorties gaz sont tangentielles mais de sens opposées afin de favorisé l'écoulement. Fonctionnement L'éjection met les gaz dans le réacteur en circulation rapide. En ajustant la section de passage de l'éjecteur et la pression à ses bornes (la pression dans le réacteur est maintenue constante par un système extérieur) la vitesse de circulation des gaz peut être réglée à la valeur souhaitée et ce indépendamment du débit imposé.
Le dispositif permet de régler la vitesse ou le taux de recirculation indépendamment du débit ce qui permet de donner à l'arc (11) les caractéristiques désirées. La centrale de régulation (14) mémorise les consignes de l'opérateur, débit des gaz et courant dans l'arc et reçoit les informations du bloc alimentation de puissance (10) tension courant, du débitmètre et agit sur la section de passage (8) de l'injecteur (4) et sur la pression à l'entrée de celui- ci au moyen de la vanne de réglage (22) de manière à maintenir le débit gaz et le courant et ou la puissance dans l'arc aux valeurs de consignes. La chambre d'éjection, comportant la buse d'injection réglable (4) à section de passage variable (8), fonctionne comme une pompe à éjection. Elle prélève une partie du gaz circulant dans le réacteur (2) l'accélère en y injectant le gaz à traiter et renvoie tout au réacteur par des sortie tangentielles. Ce gaz éjecté met à son tour le gaz contenu dans le réacteur en circulation. L'alimentation électrique, puissance, amorçage et stabilisation de l'arc
Le module de puissance est constitué d'un générateur électrique à courant continu (10) Caractéristiques, ordre de grandeur: tension de 1 à 10 KV , courant de 100mA à 1 A, puissance par arc alimenté de 100W à 10 KW. Le couplage au réacteur se faisant au travers d'un circuit LCR (non représenté). L'amorçage de l'arc est réalisé séparément ce permet d'utiliser une alimentation de puissance pour plusieurs arcs, seul les circuits de couplage, d'amorçage et de stabilisation sont à multiplier en fonction du nombre d'arc. Dans le cas d'utilisation d'un arc discontinu ce réacteur du fait de la fréquence de coupure d'arc contrôlable permet d'adjoindre un circuit récupérateur L, C, diode augmentant la tension d'alimentation et le rendement (non représenté). Ce type de circuit est bien connu en télévision.
L'amorçage est réalisé par le générateur d'impulsions (12), de caractéristique, fréquence fondamentale de l'ordre de lOOKHz, fréquence de récurrence suivant application entre 100Hz et lOOKHz, tension crête de 10 à plus de 50KV., la puissance du générateur d'impulsions est faible de l'ordre de 1 àlOOW suivant application. L'amorçage est facilité par la variation rapide du front de l'impulsion dv/dt.
Le couplage entre générateurs est réalisé à l'aide des 2 enroulements (17), couplé au générateur d'impulsions (12) et (23) THT(très haute tension) . Ces 2 enroulements sont à couplage magnétique. Les impulsions sont différenciées et transmissent à l'électrode au moyen de la capacité (18) valeurlOOpF à INF. Les diodes (19) empêche les impulsions d 'être court circuiter par le générateur continu lors de l'armorçage mais permettent le passage du courant de puissance des l'amorçage réalisé. Du fait de sa constitution, il est facile d'isoler électriquement et thermiquement les électrodes annulaires, ce qui autorise l'utilisation de générateur à point milieu à la masse = divise les tensions par 2 sur les connections. Un accord de la fréquence du générateur d'impulsion (12) et du circuit oscillant constitué par la self de la bobine (23) et le condensateur équivalent formé par (18) et les capacités parasites de (19) du câblage et des électrodes permet d'accroître la tension en bénéficiant du coefficient de surtension Q.
La stabilisation de l'arc est réalisée au moyen du dispositif d'amorçage précédemment décrit et au moyen de la bobine (20) en série avec l'alimentation de puissance. Lors du désamorçage de l'arc la variation rapide de courant génère aux bornes de celle-ci une surtension e=- L dv/dt. La bobine (20) est couplé avec la bobine THT (23) ou possède sa propre bobine THT , la surtension élevé par le rapport entre les enroulements va réamorcer l'arc en un temps très court alors que les effets de l'ionisation n'ont pas disparu. Ces techniques ne sont pas nouvelles mais sont inspirées du fonctionnement de la bobine de Tesla et des circuits THT utilisés auparavant sur les téléviseurs à lampe ( THT généré par les retours de balayage horizontal) Variantes du dispositif :
Un orifice optionnel d'entrée de gaz sans surpression d'injection peut être adjoint (non représenté). Il est situé autour de la buse d'injection, afin de permettre au gaz d'être aspiré par la dépression générée. Il est muni d'un dispositif de contrôle de débit afin de pouvoir régler et maintenir au niveau souhaité le rapport entre le débit provenant de l'injecteur et le débit de l'orifice optionnel. Dans le cas ou le débit de l'orifice optionnel est imposé par un process extérieur il est possible d'agir en jouant sur la Δp injecteur.
Avantage : tout le débit traité n'a pas a subir la perte de charge de l'injecteur et donc la compression éventuelle, moyennant une vitesse de sortie proportionnellement plus grande à l'injecteur, il est possible de limiter son débit à une faible partie du débit total ou a l'injection de l'un des composés déjà sous pression dans le process.
Plusieurs buses d'injections situées en parallèle sur la même génératrice ou en série sur la circonférence ou encore une combinaison des 2 systèmes, ou encore une combinaison de la ou des buses d'injections avec des arrivées gaz sans surpression exploitant-elles aussi les effet de la pression dynamique. Electrodes Il est possible d'avoir : une zone de striction en un point pour diminuer l'écartement entre les 2 électrodes afin de favoriser l'amorçage dans certain cas Plusieurs jeux d'électrodes situées sur génératrice cylindrique ou plan disque ou découpage d'une ou des 2 électrodes en secteurs pour augmenter la puissance par multiplication du nombre d'arcs ou combinaison des précédents . Dans le cas d'électrodes secteurs cette zone de striction sera située en début de secteur par rapport au sens d'écoulement du gaz.
Dispositif d'évacuation des gaz après traitement (6) La situation concentrique à l'électrode intérieure n'est pas la seule possible, suivant la géométrie, la taille et les conditions de fonctionnement tout autre point du réacteur pourra être utilisé.
Mode puisé : grâce au dispositif optionnel de contrôle de l'arc par induction le réacteur peut fonctionner en mode alternatif ou discontinu. Les substances à traiter sont introduites puis l'injecteur est fermé, l'arc est amorcé dans le gaz immobile, il est mu par le champ magnétique. A la fin de la période de traitement l'orifice de sorti est ouvert et le gaz est extrait. La faible vitesse de l'arc de ce mode autorise des temps de séjour prolongé dans le plasma, couplé avec un nombre de passage d'arc à convenance, permet des traitements «poussés ». Un dispositif complémentaire de contrôle de l'arc par induction peut être adjoint (non représenté).
Il est composé de masses magnétiques dirigeant le flux et d'une ou plusieurs bobines ou d'un aimant permanent . Le champ est toujours orienté perpendiculaire à l'arc et au sens de déplacement. Dans le cas d'une bobine le courant est ajuster en fonction des caractéristiques d'arc recherché. Le fonctionnement a été détaillé au chapitre : Dispositif optionnel de contrôle de l'arc par induction. Dans ce cas le régulateur calcule et ajuste aussi le courant dans la bobine d'induction de façon à réguler la vitesse de glissement de l'arc se qui permet d'ajuster indépendamment le débit , le courant dans l'arc et le taux de recirculation. Ce champ est généré dans l'entrefer du circuit constitué par la chambre de réaction, permet même un fonctionnement à débit 0, comme étudié dans les essais 3, l'alimentation en gaz à traiter se faisant cycliquement, cela autorise des «traitements » très poussé sur de faible quantité de produits. Par exemple traitement de liquide ou pulvérulent sous gaz neutre. Il comporte également un générateur de courant piloté par l'organe de régulation (14) qui alimente les bobines ou il utilise le courant du générateur de puissance (10) alimentant l'arc . Dans ce cas il s'agit d'un auto contrôle, le courant crée le champ magnétique qui à son tour agit sur l'arc, augmentation ou diminution de la vitesse de glissement de l'arc selon polarité, variation de vitesse qui à son tour fait varier le courant. Le sens de l'effet et son module dépende des paramètres choisis, direction de l'induction, vitesse des gaz et caractéristiques du générateur .Le dispositif peut fonctionner dans une large plage de pression et température d'ordre de grandeur d'une fraction de bar à plusieurs bars et à des températures jusqu'à plus de 1000°C. L'enceinte (9) supporte les contraintes électriques, de pression et de température représenté en un seul bloc pour la clarté du dessin Fig lest composé en réalité de une ou plusieurs enceintes spécialisées.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé pour générer un plasma hors équilibre à caractéristiques contrôlés caractérisé par la mise en œuvre d'un ou plusieurs arcs entre une ou plusieurs paires d'électrodes fixes dans
5 une enceinte à recirculation ou à passage multiple du gaz et de réactions chimiques grâce à l'action catalytique du plasma et des espèces qu'il génère.
2) Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est composé, d'une enceinte, enceinte représentée pour la clarté en une seule pièce est
10 constituée en réalité de plusieurs composants assurant les diverses fonctions, étanchéité et résistance à la pression dépression, isolation électrique et thermique et traversée étanche des connections d'une chambre de guidage du flux, d'électrodes, d'un orifice d'injection de gaz à section variable et à pression contrôlée contrôlant la vitesse et le débit du gaz injecté et d'un orifice de sortie du gaz.
15
3) Dispositif selon la revendications 2 constitué par un orifice optionnel d'entrée de gaz sans surpression d'injection, situé autour de la buse d'injection, afin de permettre au gaz d'être aspiré par la dépression générée, il est muni d'un dispositif de contrôle de débit afin de pouvoir régler et maintenir au niveau souhaité le rapport entre le débit provenant de
20 l'injecteur et le débit de l'orifice optionnel
4) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3 caractérisé en ce que l'enceinte (9) et la chambre de guidage du flux (2) sont de forme annulaire, que l'orifice d'injection de gaz (8) à section variable et à pression contrôlée (22) a son axe situé tangentiellement à l'enceinte, que
25 les électrodes sont annulaires (3) qu'il y en a au moins une paire et qu'elles sont concentriques Fig 1 ou parallèles
5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que, l'une ou les 2 électrodes sont découpées en secteurs.
30 6) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce qu'il se compose pour la partie électrique d'un générateur électrique à courant continu (10) couplé à un générateur alternatif haute fréquence (12) et d'un circuit de couplage composé de (17,23,18,19), le générateur de tension ou de courant continue a des caractéristiques suivant les applications dont l'ordre de grandeur est de 1 à 10 KV ou 100mA à 1 A et la puissance par arc alimenté de
35 100W à 10 KW, le couplage au réacteur se faisant au travers d'un circuit LR, le générateur d'impulsions permettant l'amorçage a des caractéristiques suivant les applications dont l'ordre de grandeur est de, tension crête de 10 à plus de 50KV, fréquence fondamentale de l'ordre de lOOKHz, fréquence de récurrence suivant application entre lOKHz et lOOKHz, le dispositif de couplage entre générateurs se compose d'au moins une capacité et de diodes
40 empêchant les impulsions de remonter jusqu'au générateur continu.
7) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit magnétique composé d'une ou plusieurs bobines et de matériaux ferromagnétiques générant et dirigeant un champ B perpendiculaire à ou aux arcs, ajustant la vitesse de glissement de l'arc donc sa puissance spécifique. Ce champ est généré dans l'entrefer du
5 circuit constitué par la chambre de réaction. Il comporte également un générateur de courant piloté par l'organe de régulation (14) qui alimente les bobines ou il utilise le courant du générateur de puissance (10) alimentant l'arc .
8) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte un circuit 10 récupérateur L, C, diode augmentant la tension d'alimentation du générateur de puissance.
9) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend une gorge annulaire d 'électrode liquide remplaçant l'électrode extérieure munie d'un injecteur tangentiel, la gorge est réalisée dans un matériau isolant avec un canal conducteur au centre. L'arc prend naissance au cœur du produit lui-même.
15
10. ) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte un circuit stabilisateur de réamorçage instantané de l'arc, composé d'une bobine en série (20) avec le circuit de puissance couplé à une bobine élévatrice (23) utilisant l'interruption de courant pour générer une THT réamorçant l'arc.
20
11) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un injecteur de produit à traiter, des clapets d'admission et d'échappement permettant de fonctionner en mode alternatif ou discontinu. Les substances à traiter sont introduites puis l'injecteur est fermé, l'arc est amorcé dans le gaz immobile, il est mu par le champ
25 magnétique. A la fin de la période de traitement l'orifice de sorti est ouvert et le gaz est extrait
12 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce qu'il une chambre d'éjection , comportant la buse d'injection réglable (4) à section de passage variable (8), distincte de (2) situé tangentiellement au réacteur alimenté par un ou plusieurs canaux 30 prélevant le gaz dans la chambre (2) et le retournant à l'aide d'autres canaux. Les entrées et sorties gaz sont tangentielles mais de sens opposées afin de favorisé l'écoulement.
13) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3 caractérisé en ce que la chambre de réaction (2) Fig 3 est droite, qu'il comporte une ou plusieurs chambres de recirculation (13) 35 permettant le retour des gaz, l'ensemble est adapté à l'utilisation d'un «guide arc » classique.
14) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 13 caractérisé en ce la chambre de combustion est composée ou est tapissée de catalyseur favorable à la réaction.
40 15) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14 caractérisé en ce que le ou les générateurs sont à point milieu à la masse, de façon à diviser les contraintes d'isolement par deux dans le réacteur.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2775864A1 (fr) * 1998-03-06 1999-09-03 Physiques Et Chimiques Dispositif a decharges electriques froides et ses applications pour traiter des gaz, des vapeurs et/ou de la matiere solide ou liquide dispersee
US5993761A (en) * 1997-01-13 1999-11-30 Laxarco Holding, Ltd. Conversion of hydrocarbons assisted by gliding electric arcs in the presence of water vapor and/or carbon dioxide
US6121569A (en) * 1996-11-01 2000-09-19 Miley; George H. Plasma jet source using an inertial electrostatic confinement discharge plasma
WO2002058452A2 (fr) * 2001-01-25 2002-08-01 Water Works Global Inc. Dispositif de traitement chimique au plasma de l'eau dans un milieu de décharge électroluminescente non autonome

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121569A (en) * 1996-11-01 2000-09-19 Miley; George H. Plasma jet source using an inertial electrostatic confinement discharge plasma
US5993761A (en) * 1997-01-13 1999-11-30 Laxarco Holding, Ltd. Conversion of hydrocarbons assisted by gliding electric arcs in the presence of water vapor and/or carbon dioxide
FR2775864A1 (fr) * 1998-03-06 1999-09-03 Physiques Et Chimiques Dispositif a decharges electriques froides et ses applications pour traiter des gaz, des vapeurs et/ou de la matiere solide ou liquide dispersee
WO2002058452A2 (fr) * 2001-01-25 2002-08-01 Water Works Global Inc. Dispositif de traitement chimique au plasma de l'eau dans un milieu de décharge électroluminescente non autonome

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