FR2510192A1 - Appareil de traitement et de distribution de combustible destine a etre utilise avec un moteur a combustion interne, et procede pour alimenter en combustible une chambre de combustion - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE TRAITEMENT ET DE DISTRIBUTION DE COMBUSTIBLE DESTINE A ETRE UTILISE AVEC UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE. CET APPAREIL COMPORTE UN RESERVOIR 3 DE STOCKAGE D'ALCOOL, UN VAPORISEUR 8, UN REACTEUR 30 CONTENANT UN CATALYSEUR, UN RESERVOIR 19 DE STOCKAGE D'ALCOOL DISSOCIE, ET UNE CONDUITE 2 DE DERIVATION. DIFFERENTES COMMUNICATIONS ENTRE CES ELEMENTS PERMETTENT DE DONNER AU REACTEUR 30 UNE DIMENSION CONVENANT A UN FONCTIONNEMENT NORMAL, LES SURCHARGES ETANT ASSUREES PAR L'APPORT DE COMBUSTIBLE LIQUIDE AU MOYEN D'UNE BOUCLE D'ACCELERATION CONSTITUEE PAR LES COMMUNICATIONS. DOMAINE D'APPLICATION : ALIMENTATION DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.
Description
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 4 088 450 décrit plusieurs
catalyeurs placés dans un ordre souhaitable qui est basé sur le gradient de température existant dans
une chambre de réaction La température de travail du cata-
lyseur et la température de la partie de la chambre de
réaction dans laquelle se trouve le catalyseur sont accor-
dées afin d'éviter toute dégradation catalytique et/ou
inactivité catalytique.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 4 091 086 décrit une composition catalytique particulièrement utile pour la production d'hydrogène à partir du méthanol, en
particulier par reformage à la vapeur d'eau, cette composi-
tion comprenant un mélange d'oxyde de zinc, d'oxyde de cuivre, d'oxyde de thorium et d'oxyde d'aluminium tel que l'activité et le maintien de l'activité de la composition catalytique sont supérieurs à ceux d'une composition par ailleurs sensiblement identique, mais manquant d'oxyde
de thorium.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 086 877 décrit un gaz combustible obtenu dans un générateur de gaz reformé, par réaction catalytique d'hydrocarbures et d'un gaz contenant de l'oxygène, ce gaz combustible étant fourni à un moteur à combustion interne et sa chaleur, ainsi que celle du gaz d'échappement du moteur, étant utilisée pour une conversion endothermique du méthanol en un mélange gazeux contenant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, le mélange gazeux ainsi obtenu étant dirigé
vers le générateur de gaz reformé ou,avec le gaz combus-
tible, vers le moteur à combustion interne, ou vers les
deux.
Les systèmes connus ne réalisent pas l'alimenta-
tion du moteur à combustion interne en méthanol liquide ou en alcool liquide, soit seul, soit après mélange avec de l'alcool dissocié Ainsi, le brevet N O 3 086 877 précité
ne permet pas d'obtenir les avantages de la présente inven-
tion, en particulier la présence d'un dispositif de disso-
ciation dimensionné pour convenir à un fonctionnement normal, avec une capacité de travail de pointe pouvant être atteinte par addition de méthanol liquide ou d'alcool
liquide 'au moyen d'une boucle d'accélération.
L'invention concerne donc un appareil de traite-
ment et de distribution de combustible destiné à être uti-
lisé avec un moteur à combustion interne et comprenant un réservoir de stockage d'alcool, un vaporiseur, un réacteur contenant un catalyseur, un réservoir de stockage de gaz et une conduite de dérivation, le réservoir de stockage d'alcool communiquant avec le vaporiseur et avec la conduite de dérivation, le vaporiseur communiquant avec le réacteur qui contient le catalyseur, ce réacteur étant lui-même en communication avec le réservoir de stockage de gaz qui, lui-même, communique avec un moteur à combustion interne
également en communication avec la conduite de dérivation.
L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une représentation
schématique de l'appareil selon l'invention.
L'invention concerne donc un procédé et un appa-
reil de traitement et de distribution de combustible tel
que représenté sur la figure unique.
Le dessin représente globalement en 1 un système à combustible Le système 1 à combustible comporte un réacteur 30 contenant un catalyseur et une conduite 2 de
dérivation De l'alcool liquide est stocké dans un réser-
voir 3 L'alcool liquide est transporté du réservoir 3 de stockage vers un conduit 6 d'alimentation d'un vaporiseur et la conduite 2 de dérivation au moyen d'un conduit 4 d'alcool liquide et sous l'action d'une pompe 5 L'alcool
liquide passe du conduit 6 d'alimentation dans le vapori-
seur 8 par l'intermédiaire d'une électrovanne 7 Le vaporiseur 8 est chauffé par le fluide de refroidissement d'un moteur, ce fluide entrant dans le vaporiseur 8 par un conduit 9 de transmission de chaleur Le fluide de refroidissement du moteur repart du vaporiseur vers le moteur en passant dans un conduit 10 de sortie du fluide de transmission de chaleur L'alcool vaporisé est transporté du vaporiseur 8 jusqu'à un piège 11 à liquide par un conduit 12 et de ce piège 11 jusqu'au réacteur 30, contenant un catalyseur, par un conduit 13 Le réacteur fonctionne à environ 315 'C L'alcool vaporisé est dissocié en hydrogène et en oxyde de carbone à l'intérieur du réacteur 30 Un catalyseur préféré pour la dissociation réalisée dans le lit de catalyseur du réacteur 30 est un catalyseur au cuivre et au zinc, avec ou sans activateurs tels que le chrome Cependant, le dispositif de dissociation
peut comporter un lit à deux catalyseurs, un premier cata-
lyseur étant un catalyseur de dissociation à basse tempé-
rature et l'autre catalyseur étant un catalyseur de disso-
ciation à haute température Un catalyseur cuivre/zinc, avec ou sans activateur, convient comme catalyseur à basse
température Un catalyseur zinc/chrome convient comme cata-
lyseur à haute température L'avantage apporté par un lit
à deux catalyseurs est que le catalyseur à basse tempéra-
ture est protégé de toute désactivation par frittage thermique, car la réaction de dissociation dans la zone de catalyseur à haute température réduit la température
de fonctionnement du lit de catalyseur à basse température.
Ainsi, l'alcool vaporisé entre en contact en premier avec le catalyseur à haute température, puis avec le catalyseur à basse température lorsqu'il traverse le réacteur 30
d'une forme préférée de réalisation de l'invention.
Dans une autre forme préférée de réalisation de l'invention, le lit de catalyseur de dissociation peut être constitué uniquement de catalyseur à basse température par exemple un catalyseur cuivre/zinc comme mentionné précédemment. Le réacteur 30 contenant un catalyseur et le surchauffeur, montrés sur la figure, sont chauffés par l'échappement du moteur 15 à combustion interne Le gaz d'échappement du moteur 15 à combustion interne est dirigé par un conduit 14, portant une électrovalve 14 ', vers le réacteur 30 contenant le catalyseur Le gaz d'échappement
du moteur sort du réacteur 30 par un conduit 16 Ce gaz -
d'échappement refroidi peut être recyclé vers le moteur ou évacué à l'atmosphère, ou encore partiellement recyclé et partiellement évacué à l'atmosphère Le surchauffeur représenté sur la figure, en aval du conduit 13 et en amont du réacteur 30, chauffe le combustible qui est porté
à environ 950 C dans le vaporiseur 8 et surchauffé à envi-
ron 3150 C dans le surchauffeur. Une valve 18 d'écoulement du gaz d'échappemnt est équipée d'un dispositif de réglage de température permettant
d'ajuster la température du réacteur 30 Le gaz d'échappe-
ment du moteur 15 peut être dévié de façon à contourner le réacteur 30 en passant par la valve 18 et en pénétrant dans le conduit 17 d'écoulement du gaz d'échappement En réglant la quantité de gaz d'échappement utilisée pour chauffer le réacteur 30, on peut réguler la température de ce dernier La valve 18 d'écoulement du gaz d'échappement est reliée à un capteur de température monté sur le
réacteur 30.
L'alcool dissocié provenant du réacteur 30 qui contient le catalyseur pénètre par un conduit 31 dans le réservoir 19 de stockage Ce dernierfournit du gaz destiné à être utilisé lors du démarrage et dans des conditions d'appel d'une puissance importante, par exemple lors d'une accélération Le gaz s'écoule du réservoir 19 de stockage vers l'électrovalve 20 par un conduit 32 Le gaz passe de l'électrovalve 20 à un régulateur 21 de pression par un conduit 33 L'alcool dissocié est conduit du régulateur 21 de pression jusqu'à un mécanisme 22 de commande de gaz
dissocié par un conduit 34 Le gaz passe ensuite du mécanis-
me 22 de commande par un conduit 35 dans un conduit 36
d'alimentation en combustible aboutissant au moteur 15.
Le mécanisme 22 de commande du gaz dissocié et le mécanisme 23 de commande d'écoulement du combustible peuvent être les dispositifs équipant un système d'injection de carburant
d'une automobile ou d'uncarburateur d'automobile.
Le gaz non dissocié provenant de la conduite 2
de dérivation passe également dans le conduit 36 d'alimen-
tation en combustible La conduite 2 de dérivation comporte
un mécanisme 23 de commande d'écoulement du combustible.
Le mécanisme 23 commande la quantité d'alcool non dissocié
introduite dans le moteur 15 à combustion interne par l'in-
termédiaire du conduit 36 d'alimentation en combustible.
L'alcool qu'il est préférable d'utiliser dans le système à combustible est le méthanol L'un des avantages du système est qu'il est possible d'introduire une plus
grande quantité de combustible dans le moteur 15 à combus-
tion interne pendant les périodes de pointe de travail, par exemple dans le cas o des quantités de combustible supérieures à celles utilisées en fonctionnement normal
sont nécessaires, par exemple pendant le démarrage et l'accé-
lération. Un conduit 24 relie l'évaporateur 8 à une valve Un conduit 26 relie la valve 25 au conduit 2 Ainsi, le méthanol évaporé peut être introduit dans le conduit
2 pour alimenter le moteur 15, par l'intermédiaire du con-
duit 36, en une charge mélangée de méthanol vaporisé et
de méthanol liquide.
En raison de la capacité de la boucle d'accélération, il suffit que le réacteur à dissociation soit seulement
assez grand pour travailler dans des conditions de fonction-
nement normales Les périodes de pointe de travail peuvent
être traitées par la capacité de la boucle d'accélération.
Pendant le démarrage, les valves 7, 14 ' et 20 sont en position de fermeture de manière que le combustible liquide provenant du réservoir 3 soit dirigé par la conduite ou le conduit 2 vers le moteur 15 Le mécanisme 23 de commande d'écoulement du combustible détermine la quantité
de combustible liquide dirigée vers le moteur 15.
Dans une autre forme de réalisation de l'inven-
tion, le réservoir 3 peut contenir de l'essence ou bien, en variante, il peut contenir un combustible à base d'alcool et un réservoir supplémentaire (non représenté sur le dessin) peut contenir un autre combustible tel que de l'essence, ce réservoir supplémentaire (non représenté) communiquant avec le conduit 2 en étant relié, par exemple, au conduit 4 Lors d'un fonctionnement à l'essence, les
valves 7, 14 ' et 20 sont fermées et le moteur 15 est ali-
menté en essence par le conduit 2 et par l'intermédiaire
du mécanisme 23 de commande d'écoulement du combustible.
Lors d'un démarrage effectué au méthanol cons-
tituant, par exemple, l'alcool combustible, les valves
7, 14 ' et 20 sont ouvertes afin que le moteur soit ali-
menté en méthanol directement par le conduit 2, ainsi que par l'intermédiaire de la valve 7 et du réacteur 30 de dissociation Lorsque le moteur est arrêté, les valves 7, 14 ' et 20 se ferment A la fermeture de ces valves, le
gaz dissocié est retenu dans le réservoir 19 de stockage.
Lors du démarrage, lorsque les valves 14 ', 7 et sont ouvertes, le gaz dissocié, stocké dans le réservoir 19, s'écoule par l'intermédiaire de la valve 20 vers le conduit 36 jusqu'au moteur, en constituant un combustible
dissocié de démarrage.
Dans une forme de réalisation de l'invention comportant plus d'un réservoir de combustible, une valve de sélection, permettant de choisir le combustible devant
être utilisé, est prévue pour commander les valves d'ali-
mentation reliées chacune à un réservoir de stockage d'un combustible Dans cette forme de réalisation de l'invention, une valve est placée dans le conduit 4, entre la pompe 5
et le réservoir 3 de stockage De plus, le réservoir supplé-
mentaire de stockage est relié au conduit 4 Une valve
est placée sur le conduit reliant le réservoir supplémen-
taire de stockage au conduit 4 Une valve est placée sur le conduit 4, entre le réservoir 3 de stockage et le conduit reliant ce conduit 4 au réservoir supplémentaire de stockage La valve de sélection commande les ouvertures permettant de doser tous les combustibles utilisés, ou
bien le choix d'un combustible utilisé seul.
Lorsque le combustible contenu dans le réservoir 3 de stockage est du méthanol, la réaction
CH OH CO + 2 H()
3 2
a lieu dans le réacteur 30 A l'intérieur du moteur 15, CO et H 2 provenant du conduit 36 se mélangent avec 2 ' par exemple dans un carburateur ayant un orifice d'admission d'air, et il se produit une combustion conformément à la réaction
CO + H 2 + 02 + ( 02 + H 20
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté
sans sortir du cadre de l'invention.
(II)
Claims (10)
1 Appareil de traitement et de distribution de combustible, caractérisé en ce qu'il comporte un réacteur ( 30) contenant un catalyseur, un conduit ( 2) de dérivation, un conduit ( 4) d'alcool liquide et un conduit ( 36) d'ali- mentation en combustible, le conduit d'alcool liquide étant relié au réacteur contenant un catalyseur, le conduit d'alimentation en combustible étant relié au réacteur et
le conduit de dérivation étant relié au conduit d'alimenta-
tion en combustible et au conduit d'alcool liquide.
2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un vaporiseur ( 8) qui est relié au conduit d'alcool liquide et au réacteur contenant
un catalyseur.
3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une valve ( 25) qui est montée
entre le vaporiseur et le conduit-d'alimentation en combus-
tible pour commander l'écoulement d'alcool évaporé vers
le conduit d'alimentation en combustible.
4 Appareil selon la revendication 2, caractérisé
en ce que le vaporiseur est chauffé par le fluide de re-
froidissement provenant d'un moteur ( 15) à combustion interne.
Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réacteur contenant un catalyseur est chauffé par le gaz d'échappement d'un moteur ( 15) à combustion interne. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réacteur contenant un catalyseur comprend un catalyseur à haute température et un catalyseur à basse
température.
7 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un réservoir ( 19) de stockage qui communique avec le réacteur contenant un catalyseur et qui communique également avec le conduit d'alimentation
en combustible.
8 Appareil de traitement et de distribution de combustible destiné à être utilisé avec un moteur à combustion interne ( 15), caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir ( 3) de stockage d'alcool, un vaporiseur ( 8), et un réacteur ( 30) contenant un catalyseur, un réservoir ( 19) de stockage de gaz et une conduite ( 2) de dérivation, le réservoir de stockage d'alcool étant en communication avec le vaporiseur et avec ladite conduite de dérivation, le vaporiseur étant en communication avec le réacteur contenant un catalyseur qui, lui-même, communique avec le réservoir de stockage de gaz, ce dernier étant lui-même en communication avec le moteur à combustion interne, de
même que ladite condu Lte de dérivation.
9 Procédé pour alimenter en combustible une chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il consiste
à produire un courant de combustible non dissocié, à pro-
duire un courant d'alcool dissocié, à mélanger le courant de combustible non dissocié au courant d'alcool dissocié pour former un mélange de charge de combustible dissocié et de combustible non dissocié, et à transporter
le mélange de charge vers la chambre de combustion.
Appareil de traitement et de distribution de combustible comprenant un réacteur ( 30) qui contient un catalyseur, destiné à être utilisé avec un moteur ( 15) à combustion interne, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir ( 19) de stockage placé entre
le réacteur contenant un catalyseur et le moteur et commu-
niquant avec ledit réacteur, ce réservoir de stockage communiquant également avec le moteur et étant destiné à stocker du gaz sous pression, 11 Procédé pour alimenter en combustible un moteur à combustion interne ( 15) pendant le démarrage, caractérisé en ce qu'il consiste à dissocier de l'alcool, à prévoir une chambre ( 19) de stockage pour l'alcool dissocié, à stocker cet alcool dissocié dans ladite chambre de stockage, et à transporter l'alcool dissocié ainsi stocké
de ladite chambre de stockage vers le moteur.
12 Procédé de traitement et de distribution de combustible pour alimenter un moteur à combustion interne en alcool liquide mélangé à de l'alcool dissocié caractérisé en ce qu'il consiste à vaporiser en continu de l'alcool retiré par pompage d'un dispositif ( 3 > de
stockage d'alcool pour former en continu de la vapeur-
d'alcool, à dissocier en continu, de façon catalytique,
ladite vapeur d'alcool dans un dispositif ( 30) de disso-
ciation dont la capacité ne dépasse pas celle suffisant à un fonctionnement normal, de façon à produire en continu
un mélange combustible gazeux riche en hydrogène, à mélan-
ger en continu de l'air à ce mélange combustible gazeux
riche en hydrogène pour former un mélange gazeux de com-
bustion, à brûler en continu le mélange gazeux de combus-
tion dans un moteur ( 15) à combustion interne, à atomiser par intermittence de l'alcool liquide dans un dispositif d'atomisation pour produire de l'alcool liquide atomisé
pendant les périodes de pointe de capacité de fonctionne-
ment et pendant lesdites opérations continues de vaporisa-
tion, de dissociation, de mélange et de combustion,
l'alcool liquide atomisé étant pompé directement du dispo-
tif de stockage d'alcool vers le dispositif d'atomisation, et à mélanger l'alcool liquide atomisé au mélange gazeux de combustion pour produire un mélange de combustion enrichi en énergie afin que ladite combustion continue du mélange de combustion soit enrichie, par intermittence, en énergie pendant les périodes de pointe de capacité de
fonctionnement et de demande de puissance.
13 Procédé de traitement et de distribution de combustion pour alimenter un moteur à combustion interne
en alcool liquide mélangé à de l'alcool dissocié, caracté-
risé en ce qu'il consiste à vaporiser en continu de l'alcool prélevé par pompage dans un dispositif < 3) de stockage d'alcool pour produire en continu une vapeur d'alcool, à dissocier en continu, de façon catalytique, la vapeur d'alcool dans un dispositif ( 30) de dissociation dont la capacité ne dépasse pas celle suffisant au fonctionnement normal pour produire en continu un mélange combustible gazeux riche en hydrogène, à mélanger en continu de l'air audit mélange combustible gazeux riche en hydrogène pour produire un mélange gazeux de combustion, à brûler en continu ledit mélange gazeux de combustion dans un moteur ( 15) à combustion interne, à atomiser par intermittence de l'alcool liquide dans un dispositif d'atomisation pour former de l'alcool liquide atomisé pendant les périodes de pointe de capacité de fonctionnement et pendant lesdites opérations continues de vaporisation, de dissociation, de mélange et de combustion, l'alcool liquide atomisé étant pompé directement du dispositif de stockage d'alcool vers le dispositif d'atomisation, à mélanger l'alcool liquide atomisé et le mélange gazeux de combustion pour produire un mélange de combustion enrichi en énergie, et à stocker
une partie du mélange combustible gazeux, riche en hydro-
gène, dans un réservoir ( 19) de stockage comportant une valve ( 20) de sortie, le stockage étant réalisé entre la
fin d'une première période de fonctionnement et le commen-
cement d'une période de mise en marche, le procédé consistant en outre à ouvrir ladite valve de sortie, à mélanger ledit mélange combustible gazeux, riche en hydrogène et stocké, à de l'air et de l'alcool liquide atomisé pour produire un mélange de combustion de mise en marche, à faire démarrer ledit moteur à combustion interne avec ce mélange de combustion de mise en marche, au cours d'une seconde mise en marche, de manière que ladite combustion continue du
mélange de combustion soit enrichie en énergie par inter-
mittence pendant les périodes de pointe de capacité de
fonctionnement et de demande de puissance.
14 Procédé selon l'une quelconque des revendica-
tions 11, 12 et 13, caractérisé en ce que l'alcool est
du méthanol.
Procédé selon la revendication 13, caractérisé
en ce que le dispositif de dissociation comprend un cata-
lyseur cuivre/zinc maintenu à environ 315 'C.
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