FR2867808A1 - Dispositif de generation d'ammoniac et vehicule comportant un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de génération d'ammoniac, notamment pour le traitement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comprenant un réservoir (1) contenant un composé ou un mélange de composés de départ libérant de l'ammoniac par thermolyse, des moyens de chauffage (2, 4) caractérisé en ce que le composé ou le mélange de composés de départ est contenu au moins en partie dans un matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz.
Description
Dispositif de génération d'ammoniac et véhicule comportant un tel
dispositif
L'invention se rapporte à un dispositif de génération d'ammoniac, notamment pour le traitement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne. L'invention se rapporte également à un véhicule comportant un tel dispositif.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de génération d'ammoniac comprenant un réservoir contenant un composé ou un mélange de composés libérant de l'ammoniac par thermolyse, et des moyens de chauffage.
Un tel dispositif est connu notamment du document DE 197 20 209. Ce dispositif comporte un réservoir contenant un composé ou un mélange de composés libérant de l'ammoniac par thermolyse. Un des composés préférés est le carbamate d'ammonium. Le dispositif comporte également des moyens de chauffage constitués d'un serpentin réchauffeur entourant le réservoir. Le serpentin réchauffeur est relié au circuit de liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne.
Le liquide de refroidissement chauffe donc le réservoir et le ou les composés contenus à l'intérieur libèrent ainsi de l'ammoniac. Par la suite, l'ammoniac est utilisé pour le traitement des oxydes d'azote contenu dans les gaz d'échappement du moteur.
Un inconvénient de cette solution apparaît lors du démarrage à froid du moteur. Du fait que le liquide de refroidissement est chauffé par l'énergie thermique du moteur, il y a toujours un certain intervalle de temps pendant lequel le liquide de refroidissement n'a pas encore atteint la température minimale pour déclencher la thermolyse qui libère l'ammoniac. Par conséquent, les oxydes d'azotes générés lors de la combustion ne peuvent pas être traités et sont rejetés dans l'environnement.
De plus, la chaleur transmise par le système de chauffage n'est pas répartie de façon homogène vers le centre du réservoir. Par conséquent, les molécules de carbamate d'ammonium qui se trouvent proche de la paroi extérieure du réservoir se décomposent en premier ce qui peut créer des interstices entre la paroi extérieure chaude et les molécules de carbamate d'ammonium restantes. La chaîne de transfert thermique est donc au moins partiellement interrompue ce qui mène à une thermolyse incomplète.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif de génération d'ammoniac selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le composé ou le mélange de composés est contenu au moins en partie dans un matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz.
Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: la conductivité thermique du matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz est supérieure ou égale à 8 Wl(K*m).
- le matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz est chimiquement inerte aux 25 composés de départ et aux composés libérés par thermolyse des composés de départ, - les moyens de chauffage comprennent un système d'échange thermique avec un fluide, les moyens de chauffage comprennent des moyens de 30 chauffage par effet joule, le réservoir est hermétique et comporte des moyens de libération commandés de l'ammoniac, le matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz comprend du graphite, le graphite est du graphite naturel expansé, recomprimé avec le composé ou le mélange de composés de départ.
Un autre but de l'invention est de proposer un véhicule comprenant un moteur à combustion interne, un système d'échappement et un système de traitement des gaz d'échappement caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de génération d'ammoniac selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique représentant une vue en coupe schématique d'un dispositif de génération d'ammoniac selon l'invention.
Le dispositif selon l'invention représenté à la figure comprend un réservoir 1 hermétique comportant des moyens de libération 5 commandés de l'ammoniac, tels qu'une vanne. Le réservoir 1 contient en son sein un matériau 3 poreux et un composé ou un mélange de composés libérant de l'ammoniac par thermolyse. On entend par matériau poreux un matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz. Le composé ou le mélange de composés est contenu au moins partiellement dans le matériau 3 poreux. Avantageusement le ou les composés sont utilisés sous forme de poudre.
Des composés libérant de l'ammoniac par thermolyse appropriés sont par exemple le carbamate d'ammonium, bicarbonate d'ammonium et le tri-aminesulfate de fer(ll). De préférence, on utilise du carbamate d'ammonium qui a une température de décomposition relativement basse. Lors de la thermolyse du carbamate d'ammonium on obtient du dioxyde de carbone et de l'ammoniac.
Le matériau 3 poreux hébergeant au moins partiellement le composé ou le mélange de composés libérant de l'ammoniac est de préférence chimiquement inerte aux composés hébergés et libérés. Avantageusement, la conductivité thermique du matériau 3 est supérieure à celle du composé ou du mélange de composés hébergés. Dans un mode de réalisation avantageux, la conductivité thermique du matériau 3 poreux est supérieure ou égale à 8 W/(K*m).
L'utilisation d'un matériau 3 poreux ayant une conductivité thermique supérieure à celle du ou des composés contenus dans les pores, conduit à une meilleure répartition de la chaleur à l'intérieur du réservoir et donc une libération de l'ammoniac plus homogène, plus rapide et plus complète, comparée aux systèmes connus.
Un matériau 3 approprié est par exemple du graphite. II peut être expansé et re-comprimé autour du ou des composés libérant de l'ammoniac. D'autres matériaux 3 peuvent également être utilisés, comme par exemple du carbure de silicium, de l'aluminium ou du cuivre. La porosité du matériau peut se présenter sous différentes formes: elle peut être obtenue par frittage avec une porosité contrôlée, mais des mousses à cellules ouvertes, des structures à base de filaments ou de canaux peuvent également être appropriées.
Le dispositif comporte également des moyens de chauffage 2, 4. Les moyens de chauffage 2, 4 sont en contact avec au moins une partie de la face extérieure de la paroi extérieure du réservoir 1. Le dispositif peut comporter différents types de moyens de chauffage 2, 4. Dans le mode de réalisation représenté à la figure il est équipe d'un système d'échange thermique 2 avec un fluide et d'au moins un moyen de chauffage par effet joule 4, tel qu'une résistance électrique.
Le système d'échange thermique 2 avec un fluide est par exemple en contact avec au moins une partie d'une face du réservoir 1, par exemple la face inférieure (cf. figure). Les moyens de chauffage par effet joule 4 sont par exemple placés sur au moins une partie d'une paroi du réservoir 1, par exemple une paroi latérale (cf. figure).
Avantageusement le système d'échange thermique 2 avec un fluide est alimenté par un fluide chauffé mis en contact avec une source de chaleur telle qu'un moteur. Des fluides susceptibles de convenir sont par exemple le liquide de refroidissement du moteur ou du gazole.
Les moyens de chauffage par effet joule 4 peuvent être alimentées par un seul système ou séparées en plusieurs modules alimentés séparément en fonction de la quantité restante de produit à décomposer par thermolyse.
Le chauffage par effet joule 4 permet un chauffage instantané mais dépend d'une source d'énergie supplémentaire. En revanche, le chauffage par échange thermique 2 avec un fluide chaud ne dépend pas d'une source d'énergie supplémentaire, mais profite de l'énergie thermique produite lors du fonctionnement du moteur.
L'association de ces deux types de chauffage 2, 4 permet de générer de l'ammoniac tout au long du fonctionnement du moteur avec un bilan énergétique optimisé. Lors du démarrage au froid du moteur, quand le fluide chauffé lors du fonctionnement du moteur est encore froid, les moyens de chauffage par effet joule 4 chauffent le réservoir 1 et permettent ainsi une génération d'ammoniac dès le démarrage du moteur. Lorsque le fluide atteint la température nécessaire pour la génération d'ammoniac, le chauffage par effet joule 4 peut être coupé.
Claims (9)
1. Dispositif de génération d'ammoniac, notamment pour le traitement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comprenant un réservoir (1) contenant un composé ou un mélange de composés de départ libérant de l'ammoniac par thermolyse, des moyens de chauffage (2, 4) caractérisé en ce que le composé ou le mélange de composés de départ est contenu au moins en partie dans un matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la conductivité thermique du matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz est supérieure ou égale à 8 WI(K*m).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz est chimiquement inerte aux composés de départ et aux composés libérés par thermolyse des composés de départ.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens de chauffage (2, 4) comprennent un système d'échange thermique (2) avec un fluide.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 25 caractérisé en ce que les moyens de chauffage (2, 4) comprennent des moyens de chauffage par effet joule (4).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le réservoir (1) est hermétique et comporte des moyens de libération (5) commandés de l'ammoniac.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz comprend du graphite.
8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le graphite est du graphite naturel expansé, recomprimé avec le composé ou le mélange de composés de départ.
9. Véhicule comprenant un moteur à combustion interne, un système d'échappement et un système de traitement des gaz d'échappement caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de génération d'ammoniac selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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