Brevet FR2250065A1 — publié le 19750530

la présente invention concerne un système antipolluant destiné i alimenter en carburant des appareils à usage domestique ou industriel, par exemple des moteurs à combustion interne ou externe. Ce système est remarquable en ce qu'il permet d'éliminer presque complètement les émanations et déchets nocifs dégagés par les moteurs et, de ce fait, il peut trouver une application particuliàre- ment intéressante dans les voitures automobiles circulant en zone urbaine. Le système selon l'invention se caractérise en ce qu'il utilise comme carburant un ga combustible non polluant ou très faiblement pollusnt, tels que l'hydrogène ou le mdthanearespectivement. Une première idée consisterait à utiliser des bouteilles d'hy drogene liquide pourvues d'un système de distribution alimentant le moteur. les bouteilles auraient leur vanne dirigée vers le bas afin de permettre le soutirage de l'hydrogène liquide par gravité. Cependant, on connais les sérieures difficultés que posent la kanipulntion et le transport de l'hydrogène liquide. Bn particulier, de très grandes précautions doivent être prises du fait que l'hydrogène liquide est corrosif et très dangeureux par contact direct. Pour remédier à cet inconvénient, on utilise des bouteilles qui sont remplies de combustible liquide à l'usine, puis réchauffées de manière à obtenir la gazéification du combustible à haute pression. Grâce à une telle caractéristique les bouteilles peuvent être chargées surIe véhicule dans n'importe quelle position, y compris la position couchée. De plus, il n'est plus nécessaire d'adjoindre aux bouteilles un réchauffeur, comme ce serait le cas si-l'on utilisait du combustible liquide. Le système antipolluant selon l'invention comprend,par consé quentsau moins une bouteille à électrovanne remplie d'un gaz combustible non polluant k- très haute pression, par exemple de l'hydrogène; un circuit de distribution du gaz comprenant la ou les bouteilles un mélangeur destiné à ramener la pression du gaz à la valeur d'utilisation, des injecteurs pour l'alimentation de l'appareil de combustion t un circuit électrique de contrôle de la quantité de carburent en réserve et un circuit de commande et de sélection destiné à assurer l'ouverture sélective de l'électrovanne d'une seule bouteille pleine à la fois, et la commutation automatique, après épuissement de ils charge d'une bouteille, sur la bouteille suivante. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, chaque bouteille comprend une enveloppe en un alliage léger, en acier , ou en une matière synthétique, recouverte d'une couche d'isolant thermiqueXet et un connecteur dans lequel sont groupés un orifice de remplissage normalement fermé par un obturateur, un orifice d'évacuation du gaz contrôlé par une électrovanne, elle même commandée par une source extérieure de courant, un circuit de sécurité comprenant deux contacts reliés par un conducteur et enfin un manostat à minima actionnant un double inverseur connecté au circuit de sélection de la bouteille et au circuit de contrôle de la réserve de conbustible. Dans l'application particulière du système selon l'invention à un véhicule à moteur à explosion interne équipé d'un nombre de bouteilles supérieur à un, le circuit électrique de sélection comporte, en série avec la batterie du véhicule et avec un interrupteur général constitué par exemple par la clé de contact, le premier contact mobile du double inverseur associé à la première bouteille, les deux bornes fixes correspondant audit contact mobile étant respectivement connectées à un relais d'actionnement de l'électrovanne de la première bouteille et au premier contact mobile du double inverseur associé à la seconde bouteille, les deux bornes fixes de ce dernier étant, de la même façon,respectivement connectées à un relais pour l'actionnement de l'électrovanne de la seconde bouteille et au premier contact mobile du double inverseur associé à la troisième bouteille, et ainsi de suite, étant entendu que pour chaque bouteille pleine le monostat à minima correspondant amène le double inverseur qui lui est associé en position pour laquelle le relais commande l'ouverture de l'électrovanne de ladite bouteille. Un exemple de réalisation sera à présent décrit en détail, uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma-blocsde principe montrant les différents sous-ensembles du système selon l'invention La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une bouteille de gaz selon l'invention La figure 3 est un schéma électrique du circuit de sélection de bouteille et du circuit de contrôle de la réserve t et la figure 4 représente une chambre d' expansion dans laquelle le gaz délivré par les bouteilles est amené à la pression d'utilistation Dans la description qui va suivre, on se référera essentiellement à l'application du système selon l'invention aux voitures automobiles.Quelques autres applications possibles seront indiquées par la suite. Avec référence à la figure 1, le circuit de distribution du système comprend une réserve de gaz 1, un mélangeur 2 et le moteur 3 du véhicule automobile. Un tel système est adaptable sur tous les véhicules en service, sans modification importante du moteur. Pour celà, il suffit de remplacer la réserve d'essence et le circuit d'essence existants par la réserve et le circuit qui vont être décrits. I1 est bien entendu que le véhicule peut conserver ses circuits de carburant ornaux et outre équipé en complément d'un système selon l'invention. Comme il a étéexpliqué précédemment, la réserve est constituée de plusieurs bouteilles contenant de l'hydrogène à l'état gazeux à haute pression. Les bouteilles auront, de préférence, une contenance de l'ordre de 10 à 20 dm3. Il en résulte que, compte tenu du procédé de remplissage exposé précédemment, l'hydrogène > gazéifié par réchauffement à l'usine, est à une pression de tordre de 800 bars. On a remarqué Que, dans ces conditions, quatre bouteilles d'hydrogène suffisent pour assurer à unevoiture de puissance moyenne une autonomie d'environ deux heures et demi de marche à vitesse normale.On supposera par la suite que la réserve de carburant chargée à bord de la voiture est de quatre bouteilles, mais il est bien évident que ce nombre n'est pas limitatif La figure 2 représente une bouteille X, laquelle comprend une enveloppe 5 en alliage léger, en acier ou en une matière synthétique, recouverte d'une couche d'isolant 6. la bouteille est bquip6 d'un connecteur 7 pourvu d'un orifice de remplissage normalement fermé par un obturateur 8, d'un manostat à minima 9 commandant un double inverseur dont les contacts 10, il et les contacts fixes correspondants 12, 13 et 14, 15 respectivement, sont reliés à un circuit électrique de commande et de contrôle de réserve, et d'une électrovanne comprenant une soupape 16 qui contrdle un orifice de sortie 17 de l'hydrogène et un circuit électrique de commande dont seules les bornes terminales t8, 19 sont représentées sur la figure 2. le connecteur comporte également un circuit de sécurité 20 dont les deux bornes terminales sont désignées par les références 21, 22. le circuit électrique de commande et de contrôle de réserve va à présent être décrit en regard de la figure 3. Il comprend tout d'abord un circuit de commutation destiné à choisir automatiquement une bouteille pleine. Ce circuit comprend en série la batterie de ls voiture, la clé de contact 23, un contact 24 situé sur le mélangeur 2, comme il sera expliqué à propos de la figure 4, et les circuits de sécurité 201, 202, 20r et 20 des quatre bouteilles constituant 4 la réserve. La sécurité 204 est connectée par un conducteur 25 au premier contact mobile 101 du double inverseur associé au manostat dont est équipée la première bouteille0 Comme le montre la figure 3, le second contact 111 est solidaire en mouvement du premier contact mobile 101. Le r8le du second contact mobile sera expliqué par la suite. Les deux contacts fixes 121, 131 correspondant au contact mobile tel sont respectivement connectés au premier contact mobile 102 du double inverseur associé k la seconde bouteille, et k un relais R1,commandant l'électrovanne de la première bouteille. De la marte façon, les contacts 121 et 131 sont respectivement connectés au premier contact fixe 103 du double inverseur associé à la troisième bouteille, et à un relais R2 commandant l'électrovanne de la seconde bouteille.Les contacts fixes 123 et 133 sont respectivement connectés au contact mobile 10 du double inverseur associé à la -4 quatrième bouteille et à un relais R3 commandant l'électrovanne de la troisième bouteille. Enfin, le contact fixe 134 est connecté à un relais R4 commandant l'électrovanne de la quatrième bouteille0 En parallèle avec le conducteur 25 sont montées quatre lignes dérivées comportant chacune un contact 261 à 264 et reliées aux électrovannes des bouteilles d'hydrogène. Les contacts 261 à 264 sont respectivement commandés par les relais R1 à R4. Ainsi qu'il a été précisé ci-dessus, les contacts mobiles tOl k 104 sont commandés par les manostats à minima des bouteilles correspondantes, ctest-i-dire que lorsqu'une bouteille est pleine, le manostat amène le contact mobile 10n correspondant en appui sur le contact fixe 15n, de sorte que le relais correspondant En est alimenté par la batterie et que,lorsque la bouteille est vide,le le contact mobile 10n vient en appui sur le contact 12n correspondant, le eou- rant venant de la batterie étant alors transmis au double inverseur suivant. Le fonctionnement du circuit de commutation qui vient dl8tre dderit est le suivant : On conviendra dans ce qui suit que les éléments homologues associée aux bouteilles seront désignés par les mêmes références numériques, affectées par un indice représentant le numéro d'ordre de la bouteille. On suppose qu'initialement les quatre bouteilles sont pleines et que, par conséquent,les contacts mobiles 10 sont n respectivement en appui contre les contacts fixes correspondants t3n. C'est le cas qui est illustré sur la figure 3. Dès que le conducteur tourne la clé de contact 23, le courant de la batterie alimente le relais R1 ,lequel ferme le contact 261. Le courant est communiqué alors à l'électrovanne de la première bouteille et la vanne 16 correspondante s'ouvre. Le gaz est dirigé sur le mélangeur 2 et le moteur peut être lancé. Dès que la première bouteille se vide, son manostat à anima commute automatiquement le contact 101 sur le contact 121, de sorte que le courant est dirigé sur la deuxième bouteille. Ces opérations se repètent jusqu'8 épuisement de la réserve des quatre bouteilles. On notera que la vanne de la bouteille en service ne peut être ouverte que si les circuits de sécurité sont fermés et que si le contact 24 situé sur le mélangeur est lui aussi fermé. Ainsi, au cas où une bouteille est manquante ou mal raccordée, ou bien lorsqu'il se produit un incident dans le mélangeur, le moteur ne peut être-mis en route avant l'élimination du défaut. La deuxième partie du circuit électrique sert k contrôler la réserve de carburant disponible. Le circuit de contrôla comprend un conducteur 27 branché sur le conducteur 25, en aval de la sécurité 204. Le conducteur 27 est connecté k une borne fixe 28 d'un coimatateur 29 dont l'autre borne fixe 30 est connectée à la batterie, par l'intermédiaire d'un conducteur 31 et dont le contact mobile est actionné par un poussoir P. Sur ledit contact mobile sont connectées en parallèle quatre dérivations comprenant chacune en série le second contact mobile 111 k 114 du double inverseur associé au manostat A minima de la bouteille correspondante, et une résistance r1 k r4 respectivement reliée à la borne fixe 15f k 154 du double inverseur, les bornes fixes t41 k 144 étant libres. On rappelle que les contacts mobiles 101 à 104 sont respectivement solidaires en mouvement des contacts mobiles 111a114, ce qui est indiqué symboliquement sur la figure 3 par les traits tiretés qui les relient. En série avec les quatre dérivations est monté un appareil de mesure de courant électrique A connecté à la masse du véhicule. Une indication sur la réserve de carburant, est donnée en permanence au conducteur par l'appareil de mesure A, lequel peut être inclus dans le tableau de bord de la voiture. En effet, si les quatre bouteilles sont pleines et que, par conséquent, les contacts mobiles l l 1 k 114 des doubles inverseurs sont appliqués respectivement contre les contacts fixes 15t k t54 (cas de la figure 3), le courant qui traverse l'appareil A est maximum, du fait que la résistance équivalente aux quatre résistances r1 k r4 est minimum. Dès que la première bouteille se vide, le double inverseur correspondant est automatiquement ouvert par la manostat à minima ; la dérivation comprenant la résistance r1 s'ouvre alors, et le courant de la batterie n'alimente plus que les trois autres déviations. la résistance équivalente du circuit augmente et le courant traversant l'appareil A diminue. Ce processus se répète identiquement pour les autres bouteilles. Avantageusement, l'appareil A sera directement gradué en nombre de bouteilles, de O k 4, de manière que par un simple coup d'oeil le conducteur contact le nombre de bouteilles encore en service. Par ailleurs, pour indiquer au manutentionnaire chargé du remplacement,les bouteilles vides, un dispositif de contrôle k lampes est prévu dans le compartiment bouteilles. Les lampes L1 à L4 sont respectivement montées en série avec des interrupteurs li k 14 et les contacte mobiles de commutateurs C1 à C4 dont les deux autres bornes sont respectivement connectées au conducteur 31 et aux bornes fixes 151 k 154 des doubles inverseurs. Comme le montre la figure 3, les interrupteurs I k 14 sont normalement ouverts et peuvent être fermés simultanément par le même poussoir P1 qui commande le commutateur 29.D'autre part, les commutateurs C1 k C4 sont actionnés par un seul poussoir P2. Pour vérifier l'état des bouteilles, le manutentionnaire enfonce le poussoir P1. Les interrupteum I1 à 14 se ferment et le commutateur 29 commute sur le contact 30. Le courant électrique passe alors dans le circuit comprenant le conducteur 31, les contacts mobiles 11n)le8 les commutateurs Cn et les lampes Xn correspondant aux bou- teilles pleines. Lorsqu'une bouteilles est vide, le contact mobile 11n est en position ouverte et la lampe correspondante ne s'allume pas. Il peut cependant arriver qu'une lampe ne s'allume pas, tout simplement parce qu'elle est défectueuse, alors que la bouteille correspondante est encore pleine. Pour éviter une fausse manoeuvre, le manutentionnaire vérifie tout d'abord l'état des lampes en enfon çant simultanément les poussoirs P1 et P2. Les lampes Xn sont alors directement alimentées par la batterie-par l'intermédiaire du con ducteur 31 et des commutateurs Cn. On décrira à présent le mélangeur 2 en regard de la figure 4. Le mélangeur est constitué par une chambre d'expansion commune à laquelle sont raccordées les conduites de sortie de gaz 331 à 334 des bouteilles. Sur la paroi de cette chambre sont montés un monos tat à minima 34)et et un manostat à maxima 35 destinés à commander l'ouverture de la vanne de la bouteille en service. Quand la pression prévue est atteinte dans la chambre d'expansion,le manostat à maxima referme la bouteille. Lorsque la consommation fait baisser la pression, le manostat ouvre à nouveau la bouteilleset et ainsi de suite.Par ailleurs, en parallèle sur le manostat à minima 35,est montéeune minuterie de retard 41, qui a pour rôle de rendre inactif ledit manostat pendant la phase initiale de la mise sous pression de la chambre d'expansion, depuis l'instant où la pression est nulle, jusqu' au noient où elle devient supérieure à la valeur pour laquelle le manostat commande la fermeture de la bouteille en servi ce, Une soupape de sécurité supplémentaire 36 à maxima ferme les bouteilles,au cas où, malgré le manostat, la pression atteindrait une valeur exagérée dans la chambre d'expansion . Cette soupape peut également commander une alarme extérieure sonore, visuelle ou autre. Des clapets anti-retour 37, et des filtres 45 sont placés à l'intérieur des conduites 331 i 334. Oes clapets ont pour rôle de s'opposer à la sortie de l'hydrogène de la chambre d'expansion, par exemple pendant le changement des bouteilles. Â la chambre d'expansion sont également raccordées des tubulures 381 à 384 débouchant dans des injecteurs 391 à 394. D'autres clapets 40 à ouverture retardée,tarés pour une pression prédéter- minée sont prévus en amont de chaque injecteur afin d'éviter l'en- trée d'air, en cas d'intervention ar lgundteux. Un robinet de purge 44 assure la vidange de l'air de la chambre d'expansion lors du premier remplissage. Il permet également d'évacuer d'éventuelles condensations. Il va de soi que de nombreuses modifications de détail peuvent re apportées au mode de réalisation décrit, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi qu'un clapet anti-retour 42 peut être prévu sur l'orifice de remplisspge de la bouteille (voir figure 1). Ce clapet sert à éviter l'entrée d'air au moment de la charge. Il suffit de prévoir le réglage du manostat de la bouteille pour maintenir une légère pression à l'intérieur après usage. - Un détendeur 43 peut être incorporé dans la tette de la bouteille sur la sortie du gaz. L'ensemble des quatre têtes des bouteilles peut être fixé à demeure sur le véhicule. Les bouteilles ne sont alors équipées que d'une simple vanne à main. Cette disposition nécessite l'emploi d'un tuyau souple baute pression entre bouteilles et têtes. Sans aucune modification, le système peut être utilisé pour un gaz naturel, tel que le méthane, seule la pression nominale de service des bouteilles étant à adapter à ce gaz. L'hydrogène pur n'ayant pas d'odeur, il est difficile pour un utilisateur de détecter une fuite avant qu'elle ne devienne dangeureuse. Pour remédier à cet inconvénient, on peut ajouter à l'hydrogène, par mélange, combinaison, ou solution, un corps étranger à fort pouvoir odorant, qui peut être détruit à la combustion. Â titre d'exemple non limi- tatif on peut citer le tétrachlorure de carbone. Le système à bouteilles multiples selon l'invention peut dgale- ment être utilisé pour chauffer une chaudière instantanée, action- nant un moteur à vapeur. De cette façon,on élimine encore plus coi- plètement les effets polluants des véhicules automobiles actuels ,et, en particulier, le dégagement des différents oxydes de l'azote. Dans ce cas, le véhicule doit subir des modifications profondes. Ainsi,le système selon l'invention élimine toute pollution nocive de l'atmosphère. Il permet de pallier, dans une certaine mesure dans le domaine automobile, industriel et domestique, au manque de produits pétroliers ou dérivés. R E Tj E N D I C A T I O N S I.- Système antipolluant pour l'alimentation en carburant d'np- pareils à usage domestique ou industriel, tés que des moteurs à combustion interne ou externe, caract > risé en ce qu'il utilise un gaz combustible non polluant ou très faiblementpolluant, à l'état liquide ou gazeux, stocké à l'intérieur de bouteilles haute pression étanches, pouvant être utilisées soit directement, soit réchauffées pour obtenir la gazéfication du combustible. 2.- Système selon la revendication t, caractérisé en ce que ledit combustible est constitué par de l'hydrogène, auquel on ajoute éventuellement par mélange, combinaison,ou solution 1un corps étran ger à fort pouvoir adorant, combustible ou non, et dont le pouvoir odorant est, de préférence, détruit à la combustion. 3.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bouteilles ont une pression de service de l'ordre de 800 bars. 4.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit combustible est constitué par du méthane, la pression de ser vice des bouteilles étant adapté à ce gaz. 5.- Système selon l'une des revendications précédentes, carac térisé en ce qu'il comprend au moins une bouteille à electrowanne, remplis d'un gaz combustible non polluant à très haute pression, par exemple de lthydrogène ; un circuit de distribution du gaz com prenant la ou les bouteilles ; un mélangeur destiné à ramener la pression du gaz à la valeur d'utilisation, des injecteurs pour l' mentation de l'appareil de combustion ; un circuit électrique de con trôle de la quantité de carburant en réserve, et -un circuit de comman de et de sélection destiné à assurer l'ouverture sélective de ltélec- strovenne d'une seule bouteille pleine à la fois, et la commutation automatique, après épuisement de la charge d'une bouteille,sur la bouteille suivante. 6.- Système selon l'une des revendications précédentes, carac térisé en ce que chaque bouteille comprend une enveloppe en un al liage léger, en acier,ouenune matière synthétique, recouverte d'une couche d'isolant thermiquesset un connecteur dans lequel sont groupés un orifice de remplissage normalement fermé par un obturateur, un orifice d'évacuation du gaz contrôlé par une électrovanne, elle-même commandée par une source extérieure de courant, un circuit de sécurité comprenant deux contacts reliés par un conducteur et enfin un manostat à minima actionnant un double inverseur connecté au circuit de sélection de la bouteille et au circuit de contrôle de la réserve de combustible. 7.- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélangeur est constitué par une chambre d'expansion à laquelle aboutissent les tubulures arrivant des bouteilles, et de laquelle partent des tubulures connectées à des injecteurs destinés à alimenter le moteur de l'appareil, ladite chambre étant munie d'un manostat à minima qui commande l'ouverture de l'électro- vanne de la bouteille en service, d'un manostat à maxima s'ouvrant lorsque la pression dans la chambre d'expansion devient supérieure à une valeur prédéterminée, et d'une soupape de sécurité, une minuterie de retard étant branchée en parallèle sur le manostat à -mini- ma , de manière à empêcher sa fermeture avant que la pression dans le mélangeur n'ait atteint une valeur prédéterminée, lors de la mise sous pression du mélangeur. 8.- Système selon l'une des revendications précédentes, dans l'application particulière à un véhicule à moteur à explosion interne équipé de plusieurs bouteilles d'hydrogène, caractérisé en ce que le circuit électrique de sélection comporte, en série avec la batterie du véhicule et avec un interrupteur général constitué par exemple par la clé de contact, le premier contact mobile du double inverseur associé à la première bouteille, les deux bornes fixes correspondant audit contact mobile étant respectivement connectées à un relais d'actionnement de 1' électrovanne de la première bouteille et au premier contact mobile du double inverseur associé à la seconde bouteille, les deux bornes fixes de ce dernier étant, de la même façon, respectivement connectées à un relais pour l'actionnement de l'électrovanne de la seconde bouteille et au premier contact mobile du double inverseur associé à îa%roisième bouteille, et ainsi de suite, étant entendu que pour chaque bouteille pleine le manostat à minima correspondant amène le double inverseur qui lui est associé en position pour laquelle le relais commande l'ouverture de l'électrovanne de ladite bouteille. 9.- Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit de contrôle de la réserve de combustible comprend, en série, la batterie de la voiture, un appareil de mesure de courant incorporé dans le tableau de bord et gradué, de préférence, on nombre de bouteilles chargées sur le véhicule, et enfin, branchées en parallèle aux bornes extrêmes de la batterie et de l'appareil de mesure, autant de circuits dérivés qu'il y a de bouteilles, cha que circuit dérivé comprenant en série le second contact mobile du double inverseur de la bouteille correspondante, et une résistance électrique, de sorte que le courant passant dans l'appareil de mesure varie de façon quantifiée et croissante en fonction du nombre de seconds contacts mobiles fermés, et par conséquent, du nombre de bouteilles pleines. 10.- Système selon le revendication 9, caractérisé en ce qu'un contrdle individuel de la réserve de chaque bouteille peut être réalisé en mettant en circuit, par exemple au moyen d'un bouton-poussoir, des voyants branchés chacun entre la batterie et le point de chaque circuit dérivé compris entre la résistance et le second contact du double inverseur associés à chaque bouteille, et en ce que, pour vérifier le bon fonctionnement des voyants, ceux-ci peuvent store branchés momentanément, par exemple à l'aide de conutateurs commandée par un second bouton-poussoir, en parallèle sur la batterie. 11.- Application du système selon l'une des revendications 1 k 7, au chauffage d'une chaudière instantanée actionnant une machine à vapeur.