Procédé pour réduire la quantité de combustible non brûlé dans des gaz de combustion
L'invention concerne un procédé pour réduire la quantité de combustible non brûlé dans des gaz de combustion, par exemple dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, d'une tur bine- volumétrique, d'un réacteur, d'un foyer, etc., de façon à diminuer la nocivité des gaz d'échappement, au moyen d'un liquide contenant un agent catalytique finement divisé.
Selon l'invention, on utilise le liquide sous la forme d'un aérosol stable formé à l'aide d'un gaz comburant comprimé et du liquide, les particules du liquide dans l'aérosol ayant un diamètre inférieur à 15 microns.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux façons de mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention.
La fig. 1 montre une mise en oeuvre du procédé dans un chauffage central,
la fig. 2 montre une autre mise en oeuvre du procédé dans un moteur d'automobile, et
la fig. 3 montre un détail de ce moteur.
Selon la fig. 1, un foyer 1 à combustible quelconque est alimenté en air de combustion par un ventilateur 2. Une solution d'agent catalytique est introduite par 3 dans un réservoir 4 qui est partiellement rempli d'air comprimé fourni par un compresseur 5 qui est muni d'un filtre d'air 6 et est actionné par un moteur électrique 7. L'air comprimé est introduit dans le réservoir 4 par un tube perforé 8, dont les trous sont avantageusement dirigés vers le bas pour assurer un brassage de la solution d'agent catalytique. Le réservoir est pourvu d'un indicateur de niveau 9 et d'une soupape de sécurité 10. Dans un conduit d'évacuation des gaz 11 est agencé un corps catalytique 12 en forme de brosse hélicoïdale, ainsi qu'un pulvérisateur 13 débitant l'agent catalytique vers cette brosse. Un deuxième pulvérisateur 14 débite l'agent catalytique à l'entrée du foyer 1.
Ces pulvérisateurs sont alimentés en solution catalytique par le conduit 15 et en air comprimé par le conduit 16 et assurent une pulvérisation très fine de la solution catalytique, sous forme d'aérosols, par exemple à particules de moins de 15 microns en 14 et moins de 5 microns en 13. Un clapet de faux tirage 17 permet de régler la pression dans le foyer et d'évacuer des précipitations solides éventuelles.
Un dispositif de contrôle de la pression 18 branché sur le conduit 15 commande le moteur 7 de façon à maintenir une pression constante de régime voulue dans le réservoir 4. Des vannes 19, 20 sont montées sur les conduits 15, 16 et agissent sur l'alimentation des pulvérisateurs en air et solution catalytique lorsque le ventilateur 2 s'arrte, notamment de façon à arrter cette alimentation lorsqu'il s'agit d'un foyer à combustible liquide ou gazeux, ou à la poursuivre à débit réduit pendant un certain temps dans le cas d'un foyer à combustible solide. Les vannes 19, 20 peuvent tre électromagnétiques et tre raccordées en parallèle sur les bornes du moteur électrique du ventilateur ou pourraient tre pneumatiques.
Le pulvérisateur 13 peut tre combiné avec une tuyère de décompression - admission qui entoure le pulvérisateur et reçoit de l'air comprimé, dont la tuyère diminue la pression et augmente la vitesse, de façon à aspirer de l'air frais par des canaux débouchant dans la paroi extérieure de la tuyère et s'ouvrant à l'atmosphère.
Selon la fig. 2 un réservoir 21 est partiellement rempli de liquide catalytique par 22, et d'air comprimé fourni par un compresseur 23 qui est muni d'un filtre d'air 24 et est actionné depuis l'arbre moteur du véhicule. Cet air pénètre dans le réservoir par un tube perforé 25 se trouvant dans le fond de celui-ci. Une soupape de sécurité 26 permet de régler la pression maximum de travail. Un indicateur de niveau 27 est monté sur le réservoir. Une sonde 28 commande une lampe témoin 29 pour avertir le conducteur lorsqu'il ne reste qu'une certaine quantité de liquide dans le réservoir. Ce liquide est amené aux pulvérisateurs par le conduit 30 muni d'un filtre de grande finesse 31. L'air comprimé est prélevé par le conduit 32 allant aux pulvérisateurs.
Une vanne pneumatique tarée 33 ouvre le passage de l'air dans ce conduit lorsqu'une pression de 2 kg est atteinte dans le réservoir 21, tandis qu'à cette mme pression une vanne tarée 34 ouvre l'alimentation des pulvérisateurs en liquide par le conduit 30. Des robinets 35, 36 permettent le réglage initial de la section effective de passage de l'air et du liquide respectivement par les conduits allant aux pulvérisateurs placés à l'admission et/ou à l'échappement, en fonction du type de moteur. Le tarage des vannes 33, 34 et de la soupape de sécurité 26 peut également tre adapté aux nécessités de chaque cas particulier.
Selon la fig. 3 une injection supplémentaire d'air a lieu, qui est combinée avec un pulvérisateur 37 de liquide catalytique, monté sur le collecteur d'échappement 38 et injectant en direction d'un corps catalytique en forme de brosse hélicoïdale 39. A cet effet, ce pulvérisateur est t entouré d'un conduit d'amenée d'air comprimé, sous l'effet de la détente duquel une quantité d'air atmosphérique est aspirée par des orifices s'ouvrant à l'extérieur. Cet air comprimé supplémentaire peut tre fourni directement par le compresseur 23, par une canalisation séparée, de façon à assurer l'injection de cet air supplémentaire dès que le moteur fonctionne.
Le liquide catalytique est, de préférence, de l'eau, laquelle est un véhicule économique, dont les très fines particules produites par la pulvérisation peuvent se dissocier aisément et très rapidement dans le milieu à haute température et favoriser ainsi le processus de combustion. Selon la nature de l'agent catalyseur, il pourra tre utilisé en solution ou en dispersion dans l'eau, ou éventuellement un autre liquide, tels que huiles, essences ou alcools.
Les aérosols stables utilisés peuvent tre qualifiés d'aérosols secs, donc à particules non mouillantes, qui se diffusent instantanément dans le milieu où elles sont injectées, par exemple un mélange gazeux air-essence, air-gasoil, air-fueloil, etc., assurant ainsi le conditionnement catalytique de ce milieu. Les particules d'agent catalytique proprement dit, subsistant après vaporisation du liquide des particules d'aérosol, auront pratiquement des dimensions submicroniennes et donc une action très efficace.
Le fait que les particules de l'aérosol ne sont pra tiquement pas condensables présente aussi l'avantage qu'il se produit un conditionnement pratiquement instantané du milieu gazeux, tandis que la formation d'encroûtements très préjudiciables sur les parois de la chambre où l'injection a lieu, et qui sont fréquents si l'on injecte des particules condensables, est efficacement empché.
L'agent catalytique utilisé peut tre un des éléments suivants, sous des formes diverses : aluminium, calcium, cérium, cobalt, fer. Ces agents peuvent, entre autres, se présenter sous forme d'acétates, sulfates, chlorures, nitrates, bichromates, oxychlorures, phosphates, acétyl-acétonates, etc., ainsi que sous forme de dérivés des acides organiques. Il est particulièrement avantageux d'utiliser l'acétate de cobalt seul ou conjointement avec l'acétate d'aluminium, de préférence en solution aqueuse. On utilisera avantageusement de l'acétate de cobalt titrant 23 à 24 % de cobalt, dissous dans de l'eau, de préférence de l'eau distillée ou de l'eau de pluie soigneusement filtrée, à raison de 1 à 5 % en poids environ.
Les proportions d'agent catalytique injecté par rapport à la quantité de combustible pourront varier, notamment selon la concentration d'agent catalytique dans le liquide pulvérisé et le type de moteur, ainsi que selon le point d'injection dans le parcours des gaz, et aussi selon l'allure de marche du moteur.
Pour une solution d'acétate de cobalt comme spécifiée ci-dessus, on pourra, par exemple, injecter, dans le cas d'un moteur d'automobile, environ 4 à 6 % de cette solution du côté de l'admission et environ 1,5 à 2,5 % du côté de l'échappement, donc en moyenne environ 7 % au total. Pour des raisons de facilité pratique, on peut régler la concentration de la solution d'agent catalytique de façon à injecter environ 10 %, ce qui facilite le contrôle du remplissage des réservoirs de combustible et d'agent catalytique.
La consommation d'agent catalytique proprement dit est donc très faible et, pour l'acétate de cobalt, elle variera en général, selon les applications, entre 0,04 et 0,3 % en poids du combustible consomme.
La température à l'endroit de l'injection de l'aérosol varie selon l'endroit et selon l'allure de la combustion. Si, dans un moteur à combustion, à faible allure elle est par exemple d'environ 20 à 406 C dans le collecteur d'admission, elle sera de 450 à 5500 C dans le collecteur d'échappement. Dans les gaz d'échappement d'un tel moteur, sans injection d'aérosol, on trouve environ:
Régime Hydrocarbures Oxyde de carbone
Ralenti 0,05 - t 4 - 6
Accélération 0,005 -0,05 05 0-6
Croisière 0,02 - 0,03 1 - 4
Décélération 0,4 - 1,2 2 - 4
Method for reducing the amount of unburned fuel in flue gases
The invention relates to a method for reducing the amount of unburnt fuel in combustion gases, for example in the exhaust gases of an internal combustion engine, a positive displacement turbine, a reactor, etc. 'a fireplace, etc., so as to reduce the harmfulness of the exhaust gases, by means of a liquid containing a finely divided catalytic agent.
According to the invention, the liquid is used in the form of a stable aerosol formed with the aid of a compressed oxidizing gas and of the liquid, the particles of the liquid in the aerosol having a diameter of less than 15 microns.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, two ways of implementing the process according to the invention.
Fig. 1 shows an implementation of the method in central heating,
fig. 2 shows another implementation of the method in an automobile engine, and
fig. 3 shows a detail of this engine.
According to fig. 1, any fuel stove 1 is supplied with combustion air by a fan 2. A catalytic agent solution is introduced through 3 into a tank 4 which is partially filled with compressed air supplied by a compressor 5 which is provided with 'an air filter 6 and is actuated by an electric motor 7. The compressed air is introduced into the reservoir 4 through a perforated tube 8, the holes of which are advantageously directed downwards to ensure stirring of the solution of catalytic agent. The tank is provided with a level indicator 9 and a safety valve 10. In a gas discharge duct 11 is arranged a catalytic body 12 in the form of a helical brush, as well as a sprayer 13 delivering the gas. catalytic agent to this brush. A second sprayer 14 delivers the catalytic agent to the inlet of the fireplace 1.
These sprayers are supplied with catalytic solution through line 15 and with compressed air through line 16 and provide very fine spraying of the catalytic solution, in the form of aerosols, for example with particles of less than 15 microns in 14 and less than 5 microns in 13. A false draft valve 17 makes it possible to adjust the pressure in the hearth and to evacuate any solid precipitations.
A pressure control device 18 connected to the conduit 15 controls the motor 7 so as to maintain a constant pressure at the desired speed in the reservoir 4. Valves 19, 20 are mounted on the conduits 15, 16 and act on the. supply of the sprayers with air and catalytic solution when the fan 2 stops, in particular so as to stop this supply in the case of a liquid or gaseous fuel stove, or to continue it at a reduced flow rate for a certain time in the case of a solid fuel fireplace. The valves 19, 20 can be electromagnetic and be connected in parallel to the terminals of the electric motor of the fan or could be pneumatic.
The sprayer 13 can be combined with a decompression-inlet nozzle which surrounds the sprayer and receives compressed air, the nozzle of which decreases the pressure and increases the speed, so as to suck fresh air through channels opening into the nozzle. the outer wall of the nozzle and opening to the atmosphere.
According to fig. 2 a reservoir 21 is partially filled with catalytic liquid by 22, and compressed air supplied by a compressor 23 which is provided with an air filter 24 and is actuated from the motor shaft of the vehicle. This air enters the tank through a perforated tube 25 located in the bottom thereof. A safety valve 26 makes it possible to adjust the maximum working pressure. A level indicator 27 is mounted on the tank. A probe 28 controls a warning light 29 to warn the driver when there is only a certain amount of liquid left in the tank. This liquid is brought to the sprayers via the pipe 30 fitted with a very fine filter 31. The compressed air is taken through the pipe 32 going to the sprayers.
A calibrated pneumatic valve 33 opens the passage of air in this duct when a pressure of 2 kg is reached in the reservoir 21, while at this same pressure a calibrated valve 34 opens the supply of the sprayers with liquid by the conduit 30. Valves 35, 36 allow the initial adjustment of the effective section of passage of the air and the liquid respectively by the conduits going to the sprayers placed at the inlet and / or the exhaust, depending on the type of engine. The calibration of the valves 33, 34 and of the safety valve 26 can also be adapted to the requirements of each particular case.
According to fig. 3 an additional injection of air takes place, which is combined with a sprayer 37 of catalytic liquid, mounted on the exhaust manifold 38 and injecting in the direction of a catalytic body in the form of a helical brush 39. For this purpose, this sprayer is t surrounded by a compressed air supply duct, under the effect of the expansion of which a quantity of atmospheric air is drawn in through orifices opening to the outside. This additional compressed air can be supplied directly by the compressor 23, via a separate pipe, so as to ensure the injection of this additional air as soon as the engine is running.
The catalytic liquid is preferably water, which is an economical vehicle, of which the very fine particles produced by the spraying can easily and very quickly dissociate in the medium at high temperature and thus promote the combustion process. Depending on the nature of the catalyst agent, it can be used in solution or in dispersion in water, or optionally another liquid, such as oils, gasolines or alcohols.
The stable aerosols used can be qualified as dry aerosols, therefore with non-wetting particles, which diffuse instantaneously in the medium into which they are injected, for example an air-gasoline, air-diesel, air-fuel oil gas mixture, etc., thus ensuring the catalytic conditioning of this medium. The particles of catalytic agent proper, remaining after vaporization of the liquid of the aerosol particles, will have practically submicron dimensions and therefore a very effective action.
The fact that the particles of the aerosol are practically not condensable also has the advantage that a practically instantaneous conditioning of the gaseous medium takes place, while the formation of very damaging crusts on the walls of the chamber where the injection takes place, and which are frequent if condensable particles are injected, is effectively prevented.
The catalytic agent used can be one of the following elements, in various forms: aluminum, calcium, cerium, cobalt, iron. These agents can, inter alia, be provided in the form of acetates, sulphates, chlorides, nitrates, dichromates, oxychlorides, phosphates, acetylacetonates, etc., as well as in the form of derivatives of organic acids. It is particularly advantageous to use cobalt acetate alone or together with aluminum acetate, preferably in aqueous solution. Use will advantageously be made of cobalt acetate containing 23 to 24% of cobalt, dissolved in water, preferably distilled water or carefully filtered rainwater, at a rate of 1 to 5% by weight. about.
The proportions of catalytic agent injected relative to the quantity of fuel may vary, in particular according to the concentration of catalytic agent in the sprayed liquid and the type of engine, as well as according to the point of injection in the path of the gases, and also according to the running speed of the engine.
For a solution of cobalt acetate as specified above, it is possible, for example, to inject, in the case of an automobile engine, about 4 to 6% of this solution on the intake side and about 1 , 5 to 2.5% on the exhaust side, so on average around 7% in total. For reasons of practicality, the concentration of the catalytic agent solution can be adjusted so as to inject about 10%, which facilitates the control of the filling of the fuel and catalytic agent tanks.
The actual catalytic agent consumption is therefore very low and, for cobalt acetate, it will generally vary, depending on the application, between 0.04 and 0.3% by weight of the fuel consumed.
The temperature where the aerosol is injected varies depending on the location and the rate of combustion. If, in a combustion engine, at low speed it is for example about 20 to 406 C in the intake manifold, it will be 450 to 5500 C in the exhaust manifold. In the exhaust gases of such an engine, without aerosol injection, we find approximately:
Regime Hydrocarbons Carbon monoxide
Idling 0.05 - t 4 - 6
Acceleration 0.005 -0.05 05 0-6
Cruise 0.02 - 0.03 1 - 4
Deceleration 0.4 - 1.2 2 - 4