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