Réduction des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement diesel par des décharges de barrières diélectriques alimentées en mode courant

Reduction of nitrogen oxides in diesel exhaust using dielectric barrier discharges driven by current-mode power supplies

• Auteur / Autrice : Vanesa Rueda
• Direction : Hubert Piquet, Rafael Diez Medina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Composants et systèmes de gestion de l'énergie
• Date : Soutenance le 11/05/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec Pontificia universidad javeriana (Bogotá)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie (Toulouse ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Pontificia universidad javeriana (Bogotá)
• Jury : Président / Présidente : Diego Patiño
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hubert Piquet, Rafael Diez Medina, Diego Patiño, Alejandro Garces Ruiz, Rosendo Peña Eguiluz, Françoise Massines
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alejandro Garces Ruiz, Rosendo Peña Eguiluz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs diesel -- Gaz d'échappement

Déchets -- Réduction

Oxydes d'azote

Thèses et écrits académiques

Alimentation en énergie

Mots clés libres

DBD

Décharges électriques

Source en mode courant

Plasma

Dépollution

Traitement NOx

Moteur diesel

DBD

Electric discharges

Current-mode source

Plasma

Depollution

NOx treatment

Diesel engine

Résumé

Ce travail vise à relever le défi de l'amélioration du traitement des NOx basé sur les décharges de barrière diélectrique (DBD) en mettant en œuvre une solution avec des alimentations en mode courant au lieu de l'approche traditionnelle en mode tension. Dans un premier temps, une alimentation d'expérimentation capable de délivrer des impulsions de courant carrées à plusieurs degrés de liberté est mise en œuvre. Le dimensionnement, l'analyse des éléments parasites et la conception de l'alimentation sont entièrement développés. Avec l'alimentation proposée, le fonctionnement électrique du réacteur DBD est contrôlé par les degrés de liberté suivants : amplitude du courant, fréquence et durée des impulsions, ainsi que le nombre d'impulsions de courant injectées dans le DBD et le temps d'inactivité entre les groupes d'impulsions. L'étude paramétrique des conditions électriques et l’acquisition des mesures concernant le gaz est réalisée à l'aide d'un banc de test automatisé, qui standardise les expériences et simplifie l'acquisition des données. Une méthodologie est proposée pour l'analyse des données, y compris le diagnostic électrique de la DBD, l'analyse des gaz et le traitement d'image des photographies de la décharge. Les résultats expérimentaux ont montré un rôle déterminant du temps de repos sous tension nulle pour garantir un traitement uniforme des gaz, une dispersion des streamers sur toute la surface du réacteur et des températures du réacteur acceptables. L'impact des autres paramètres électriques a également été étudié pour optimiser l'efficacité du traitement. Dans un mélange gazeux NO / N2, des efficacités d'élimination allant jusqu'à 99% ont été obtenues. Les effets de l'injection d’O2, du débit total de gaz et de la concentration de NO ont également été analysés.

This work aims to implement a solution employing current-mode power supplies instead of the traditional voltage-mode approach to address the challenge of enhancing the NOx treatment based on Dielectric Barrier Discharges (DBD). At first, an experimentation power supply capable of delivering square current pulses with several degrees of freedom is implemented. The sizing, analysis with parasitic elements, and design of the power supply are fully developed. With the proposed power supply, the DBD electric operation is controlled through the following degrees of freedom: current amplitude, frequency, and duration of the pulses, as well as the number of current pulses injected into the DBD and idle time between groups of pulses. The parametric study of the electric and gas conditions is performed using an automated test bench, which standardizes the experiments and simplifies the data acquisition. A methodology is proposed for the data analysis, including the electrical diagnostic of the DBD, the gases analysis, and the image processing of the discharge pictures. The experimental results showed a decisive role of the zero-voltage idle time to guarantee a uniform gas treatment, a discharge spread in the whole reactor surface, and low reactor temperatures. The impact of the other electric parameters was also studied to optimize the removal efficiency. In a NO/N2 gas mixture, removal efficiencies of up to 100% were obtained. The effect of the O2, total gas flow, and NO concentration are analysed as well.