Brevet FR2121682A1 — publié le 19720825

La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil d'épuration destinés notamment à supprimer les polluants d'un fluide au moyen de réactions chimiques crées par une décharge en couronne. Elle se rapporte plus précisément à un procédé et à un appareil destinés à retirer d'un fluide les polluants, tels que ceux qui sont créés dans le gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ce fluide étant mélangé à un fluide qui contient de l'oxygène et passant dans une chambre d'épuration. Celle-ci comporte un dispositif générateur de décharge en couronne, composé d'éléments qui produisent un champ intense en couronne de manière à diminuer la pollution. Dans une forme de réalisation de l'invention, ce dispositif se compose de disques dont la surface périphérique intensifie notablement le champ de la décharge en couronne dans la chambre. On sait que l'existence d'une multitude d'agents produit teurs de fumées et gaz d'échappement, tels que les automobiles, les camions, les incinérateurs, etc. crée des problèmes menaçants de contamination et de pollution de notre environnement. Une proportion appréciable de la pollution de l'atmosphère est due à l'existence du grand nombre de moteurs à combustion interne qui fonctionnent sans que les gaz d'échappement qu'ils produisent soient traités efficacement. On décrira dans un but de commodité l'appareil selon l'invention dans le cas de son utilisation pour traiter ces gaz d'échappement, bien que l'on n'entende pas le limiter à cette application. De façon générale, les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, tel que celui d'une automobile, contiennent certains polluants comme l'oxyde de carbone, des hydrocarbures, des particules de carbone, du plomb, du soufre et de nombreux autres produits de combustion. On a essayé d'innombrables dispositifs pour limiter et supprimer les effets nuisibles de ces gaz et d'autres fluides et les appareils connus mettent en application des traitements mécaniques, électroniques et chimiques pour éliminer les polluants. Bien qu'on ait fait de nombreuses recherches et études dans ce domaine, aucune des techniques connues n'a présenté l'effi- cacité et la fiabilité désirées. les tentatives faites pour supprimer ou transformer les substances indésirables des gaz d'échappement par voie électronique ont posé de nombreux problèmes pour que le résultat obtenu soit satisfaisant. Par exemple, certains de ces appareils donnent satisfaction pour supprimer un contaminant donné mais sont incapables de supprimer aussi d'autres produits nuisibles. Pour éliminer de façon satisfaisante la plus grande partie des contaminants, ils doivent comporter un équipement relativement compliqué, qui non seulement est onéreux mais encore sur lequel on ne peut compter pour maintenir ces résultats pendant une durée prolongée. les procédés consistant à utiliser les propriétés chimiques, des catalyseurs par exemple, présentent aussi de nombreux inconvénients. Par exemple, les réactifs utilisés pour retirer les produits indésirables se détruisent et il faut les remplacer à intervalles réguliers, ce qui est onéreux et incommode. De plus, on a constaté que les résultats donnés par les catalyseurs dépendent beaucoup de l'importance de la pollution des gaz d'échappement, et que si le moteur d'une automobile n'est pas réglé correctement, ils suppriment seulement une faible partie de la pollution. Cette épuration par voie chimique exige donc des techniques coûteuses qui ne sont . pas complètement satisfaisantes en pratique. On a essayé une autre façon de lutter contre la pollution, consistant à utiliser une étincelle ou une décharge en couronne pour créer de l'ozone dans les gaz d'échappement. Bien que ces appareils transforment une partie de l'oxyde de carbone en anhydride carbonique, l'intensité du champ d'ozone n'est pas suffisante pour transformer tout cet oxyde. De plus, ces appareils ne peuvent supprimer nombre des autres contaminants nuisibles des gaz ; la décharge en couronne créée par ces appareils charge aussi ioniquement les particules de carbone par exemple, et les fait adhérer aux éléments qui produisent cette décharge en couronne avant qu'elles aient pu être détruites effectivement. Cette adhérence diminue aussi le rendement du champ et oblige à nettoyer fréquemment les éléments. les techniques mécaniques précitées de lutte contre la pollution semblent être à peu près inefficaces pour supprimer les composants dangereux et nuisibles émis par les moteurs à combustion interne. Il est donc désirable de disposer d'un procédé et d'un appareil qui suppriment une grande proportion des contaminants dves gaz d'échappement de manière sûre à un prix de revient et/des frais d'entretien réduits. le procédé et l'appareil selon la présente invention visent donc à épurer les gaz d'échappement et des fluides rejetés et à éliminer de manière simple et économique la majorité de leurs contaminants, en faisant passer le fluide dans une enceinte créant une décharge en couronne interne. Ils visent aussi à augmenter l'intensité de cette décharge en couronne, en soumettant le fluide à l'action d'une décharge créée par des éléments qui sont alimentés par un courant électrique alternatif. l'appareil selon l'invention expose le produit contaminé à un champ en couronne intense. les gaz d'échappement sont mélangés à un gaz contenant de l'oxygène, l'air par exemple, puis le mélange passe dans une enceinte génératrice de décharge en couronne. On crée cette décharge en appliquant un potentiel électrique sur deux organes conducteurs de façon à ioniser le gaz et à créer une décharge luminescente. Celle-ci crée un champ de plasma qui effectue une multitude de réactions chimiques sur les gàz passant dans l'appareil. Elle crée dans toute l'enceinte un champ d'ozone qui transforme l'oxyde de carbone en anhydride carbonique. De plus, cette enceinte oxyde le carbone, les particules de carbone et le soufre; elle transforme le plomb en une cendre relativement inoffensive; elle brûle les fumées, l'huile, etc. et produit d'autres effets d'épuration. les organes générateurs de décharge en couronne sont des éléments qui comportent de nombreux points d'émission créant un champ intense dans tout le volume de l'enceinte. Ces organes sont connectés aux bornes opposées d'une source de courant électrique alternatif. L'alternance de polarité des éléments empêche les particules chargées de précipiter et d'adhérer à la paroi de l'enceinte, et maintient en mouvement et à l'état réactif les substances ionisées. C'-est ainsi que les particules de carbone et de cendre, produits par la combustion, sont forcées de traverser tout le long champ qui les détruit pratiquement totalement. On ne peut obtenir ce résultat avec les appareils générateurs de décharge en couronne sous courant continu, dans lesquels les particules tendent à adhérer aux éléments générateurs avant d'avoir été entièrement transformées. L'appareil selon l'invention permet à ces particules de traverser la longue enceinte sans se fixer aux éléments, et elles sont donc soumises à l'action du plasma produit par la décharge pendant une durée suffisante pour s'oxyder, brûler ou se transformer. Par conséquent, non seulement une décharge en couronne créée par une tension alternative est plus intense que celle qui est produite par une tension continue, mais encore elle évite d'avoir à nettoyer périodiquement l'enceinte et ses éléments. L'appareil selon l'invention transforme de manière économique, efficace et sûre les divers contaminants d'un gaz d'échappement en des produits relativement inoffensifs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin. annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, deux formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ce dessin la figure 1 représente schématiquement un appareil selon l'invention la figure 2 est une vue en bout schématique d'une forme de réalisation d'un élément générateur de décharge en couronne et de son support, utilisables dans l'appareil de la figure i la figure 3 en est une élévation latérale schématique la figure 4 est une vue en bout schématique d'une autre forme de réalisation d'un élément générateur ; et la figure 5 en est une élévation latérale schématique. les gaz d'échappement sont introduits dans l'appareil 1 de la figure 1 par un raccord 2 qui est destiné à être relié à la source de production de ces gaz, par exemple au tuyau d'échappement d'un moteur à combustion interne (non représenté). Ce raccord a de préférence la forme d'un Y et il est en une matière résistant à la chaleur, par exemple en fer. On relie une première branche 3 dudit raccord au tuyau d'échappement par toute technique classique, par exemple par vissage, de façon que les gaz ne fuient pas. On peut faire cette liaison en tout point situé en aval du collecteur d'échappement du moteur, avant ou après le silencieux. La seconde branche 4 du raccord est reliée à une source de gaz contenant de l'oxygène, tel que l'air, de façon à permettre de mélanger cet air aux gaz d'échappement et à fournir à ces derniers la quantité voulue d'oxygène. La figure 1 représente un ventilateur classique 5 qui crée un courant d'air dans l'appareil, bien que conformément à l'invention, on puisse utiliser d'autres éléments pour introduire de l'air, par exemple des tubulures à air montées sur le véhicule de manière à créer un effet de bélier, le ventilateur du véhicule, etc. Si l'appareil est utilisé sur un véhicule tel qu'une automobile, le ventilateur peut être à vitesse variable, la quantité d'air introduite dans cet appareil étant déterminé par la puissance développée par le moteur, de façon à assurer le réglage correct dudit appareil.Ce ventilateur peut etre relié par exemple à la tringlerie de l'accélérateur ou à un indicateur de vitesse. En variante, l'air peut être introduit par une ouverture variable telle qu'un auvent dont l'importance de l'ouverture dépend de la puissance développée par le moteur. l'extrémité 2r du raccord 2 est reliée à l'extrémité amont d'un conduit o à section circulaire qui forme l'enceinte 7 d'épuration, de manière que le mélange formé dans ce raccord passe dans cette enceinte. le raccord est fixé au conduit de. toute manière réalisant une liaison étanche et une isolation thermique et électrique entre les deux éléments. Cette liaison peut comporter, ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 1, deux collerettes 8 et 8' fixées l'une à l'autre par tout élément approprié (non représenté) avec interposition d'une matière isolante 8a telle que la "Transite". le conduit 6 forme la périphérie intérieure de l'enceinte 7 et est en une matière électriquement conductrice, de manière à constituer une paroi réactive destinée à produire l'émission d'une décharge en couronne dans cette enceinte. Bien que l'on ait indiqué que ce conduit est circulaire, il peut avoir d'autres formes si on le désire. Un boîtier 9 en une matière telle que la "Transite" qui a des propriétés d'isolation thermique et électrique, entoure ce conduit de manière à l'isoler. De préférence, pour assurer l'isolation complète de l'enceinte, ce boîtier se prolonge sur une longueur supérieure à celle du conduit. L'extrémité aval de ce dernier est reliée à un conduit 10 amenant les gaz qui ont traversé l'enceinte au silencieux, à l'atmosphère ou à un autre endroit. Ce conduit 10 est fixé au conduit 6 de la manière décrite à propos de la liaison isolante entre le raccord 2 et ledit conduit 6. Il est donc évident que la matière isolante disposée à l'entrée et à la sortie de ce dernier conduit, et le bolier isolant 9 isolent l'enceinte thermiquement et électriquement. Un élément 20 générateur d'effluves ou de décharge en couronne est disposé dans le conduit 6. Il comporte une tige 21 en une matière conductrice telle que l'aluminium, qui est plus longue que ce conduit. Ainsi qu'on l'a représenté sur les figures 1 et 2, elle peut être soutenue par deux croisillons 22 en matière électriquement isolante résistant à la chaleur, qui la disposent dans l'axe du conduit. Des disques conducteurs 23 parallèles, faisant corps avec la tige ou ajustés à la presse, sont répartis sur la longueur de cette tige, de façon à créer des zones génératrices de décharge en couronne. le nombre de disques utilisés dépend de l'intensité que l'on désire donner à la décharge, intensité qui est déterminée en fonction des conditions particulières, par exemple la proportion des impuretés dans les gaz d'échappement, les proportions relatives des diverses impuretés, etc. On crée une décharge dans l'enceinte d'épuration en reliant la tige 21 à une lame 24 d'une source extérieure H.V. de courant alternatif, et en connectant le conduit 6 à l'autre borne 25 de cette source.La différence de potentiel des deux conducteurs crée entre eux une décharge en couronne, en raison de la faible surface de la périphérie des disques 27. La connexion entre le générateur et la source de potentiel comporte un connecteur isolant 26 qui passe dans une ouverture 27 du raccord 2 et du boîtier 9. Si l'appareil est utilisé sur un véhicule, le courant alternatif peut provenir de la source d'énergie du véhicule par l'intermédiaire d'un circuit connu. En service, les gaz d'échappement et l'air sont mélangés dans le raccord 2, et le mélange passe dans l'enceinte d'épuration. Il y est soumis à un champ inverse sur pratiquement toute la longueur du conduit 6. L'oxygène qui existe dans le mélange et la décharge en couronne produisent dans toute l'enceinte un champ d'effluves et d'ozone qui transforme l'oxyde de carbone en anhydride carbonique. Par ailleurs, la décharge oxyde pratiquement toutes les particules de carbone qui se trouvent dans le gaz, puisqu'elle est créee par un potentiel alternatif et qu'elle empêche donc les particules d'adhérer à la paroi réactive. les impuretés doivent donc parcourir toute la longueur de l'enceinte, à moins d'être complètement transformées avant en anhydride carbonique et en vapeur d'eau ou en une autre forme relativement inoffensive.L'appareil supprime efficacement la pollution sans organe mobile, ni produit chimique destructible. De plus, on a constaté que le plomb contenu dans les gaz d'échappement est complètement oxydé dans l'enceinte, ou est au moins transformé en une cendre inoffensive. les fumées, les huiles, le soufre, etc. sont de même oxydés efficacement ou réduits sous d'autres formes. Il est donc évident que le plasma oxydant complexe créé par l'intense décharge en couronne dans l'enceinte effectue une multitude de réactions chimiques qui laissent passer à l'atmosphère des gaz relativement inertes. Bien que cela ne soit pas nécessaire, on peut disposer un filtre dans le conduit 10, de manière à retenir les produits de combustion tels que les cendres qui ne seraient pas complètement éliminés dans ltenceinte. On a représenté sur les figures 2 et 3 une forme de réalisation qui intensifie notablement la décharge en couronne créée dans l'enceinte de l'appareil de la figure 1. Le bord périphérique 30 des disques est dentelé au lieu d'être lisse comme sur cette figure 1. les pointes 31 des dents forment des aretes vives qui augmentent l'intensité de la décharge. Par conséquent, l'élément 20 produit un champ de plasma beaucoup plus efficace dans l'enceinte 7. Sur les figures 4 et 5, on a représente une autre forme de réalisation de l'élément générateur 4. Cet élément 40 est monté dans le conduit 6 de la même manière que les éléments précédents. Il fonctionne dans les mêmes conditions. Cependant, la forme des disques est modifiée de façon à créer plus de pointes sur une longueur donnée de l'enceinte, afin d'intensifier la décharge. On obtient ce résultat en donnant aux disques 41 la forme de cuvettes à périphérie 42 dentelée formant des pointes 43. On place un élément 41 sur la tige 21, en contact avec un élément complémentaire 41' orienté en sens inverse. les pointes 43 de la périphérie de cet élément 41 dépassent la périphérie de l'autre élément 41', de façon que les pointes 43 et 4D' s'engagent les unes entre les autres et se prolongent au-delà de l'élément opposé. Il est donc évident que le fait qu'il existe plus de pointes sur une longueur donnée de l'élément générateur intensifie la décharge en couronne de façon à supprimer efficacement la pollution. On a décrit ci-dessus un appareil destiné à supprimer les polluants des gaz d'échappement. Dans un but de commodité, on l'a décrit dans le cas de son utilisation avec un moteur à combustion interne, mais il est du domaine de l'invention d'utiliser cet appareil pour détruire les polluants provenant d'autres sources, telles que les moteurs diesel, les avions, les cheminées d'usines, les miasmes égoutiers, etc. Par ailleurs, on a décrit des éléments générateur qui sont montés sur une tige de support, mais ce pourraient etre aussi des spires entourant cette tige, etc. Dans la forme de réalisation préférée, l'élément générateur est relié à une source de courant alternatif, mais il est possible dans certaines circonstances de l'utiliser avec une source de courant continu. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter diverses variantes sans sortir de son cadre. REVt'NDICATIONS 1. Appareil épurateur destiné à diminuer la quantité de polluants contenus dans un fluide évacué, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément épurateur qui comporte d'une part un passage d'entrée, destiné à être placé en aval de la source qui rejette le fluide traité, relié par un passage d'écoulement à un passage de sortie du fluide traité,et d'autre part des organes conducteurs séparés, disposés en aval de cet orifice d'entrée de manière que le fluide puisse passer près d'eux, une source de courant alternatif étant connectée à ces organes de manière à créer entre eux une décharge en couronne destinée à provoquer des réactions chimiques diminuant la quantité de polluants du fluide. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les organes conducteurs se composent d'un premier conduit, par exemple de section circulaire et d'un second organe allongé. 3. Appareil selon-la revendication 2, caractérisé par le fait que le second organe est une tige coaxiale au passage d'écoulement portant de minces éléments conducteurs. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les éléments minces sont des disques. 5. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le bord périphérique des disques est dentelé, de manière à former une série de pointes d'oW la décharge en couronne est émise. 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les éléments ont la forme de cuvettes à bord périphérique dentelé. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les cuvettes sont montées par paires dans lesquelles les cotés concaves se font face, le bord dentelé de chaque cuvette de la paire dépassant celui de la cuvette opposée. 8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une matière électriquement et thermiquement isolante est disposée autour du conduit. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le passage d'entrée comporte des éléments destinés à introduire un fluide contenant de l'oxygène dans le fluide évacué. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément épurateur comporte un conduit d'écoulement conducteur qui communique avec le passage d'entrée et constitue au moins une partie du passage d'écoulement, et dans lequel est monté un organe allongé de génération d'une décharge en couronne, qui ne touche pas ce conduit. 11. Procédé de limitation du taux de pollution d'un fluide évacué, caractérisé par le fait que l'on mélange ce fluide avec un fluide contenant de l'oxygène, on fait passer le mélange entre deux éléments conducteurs et on connecte ces derniers aux p8les opposés d'une source de courant alternatif de manière à créer entre eux une décharge en couronne, de façon à soumettre ce mélange à diverses réactions chimiques destinées à diminuer la quantité de polluants qu'il contient. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'on émet la décharge en couronne par des pointes vives d'au moins l'un des éléments conducteurs.