Brevet FR2291353A1 — publié le 19760611

b) La présente invention concerne un procédé avec son dispositif de mise en oeuvre contre la pollution. Il interesse particulièrement l'industrie automobile pour la neutralisation des gaz nocif s que rejettent dans 1' environnement les moteurs à explosion. c) Dans les procédés connus, contre la pollution des moteurs à explosion, la recherche s'est cristallisée sur la cartouche à filtre interchangeables contenant des produits chimiques activés par des catalyseurs pour l'absorptivité des résidus gazeux indésirables, ou sur une carburation étudiée pour un mélange explosif idéal à combustion complète ne libérant dans l'environnement aucune séquelle de toxicité. Ces chercheurs ont abouti à des résutats partiels, mais leurs coûts élevés renaent encore la commer- cialisation plus difficile; l'air ae nos villes reste immuablement empoison- né. d) Le procédé, suivant 11 invention, permet a'obtenir efficacement la neutralisation des gaz toxiques dérivés des combustions internes. Dans celui-ci, en effet, les gaz toxiques sont incorporés à un mélange combusti ble, compressé, riche en oxygène et brûlés dans une post-combustion complète , car, les proportions des volumes critiques des gaz toxiques inflammables dans l'air restent difficilement maitrisables pour permettre une combustion complète, en raison des variations du débit des gaz résiduels inflammables, variations des au réglage de l'allumage, de l'injection, de la carburation, à la variété des carburants, à l'état hygrométrique de l'air, à l'état du moteur, à la température extérieure, à l'altitude etc. Au collecteur des pipes d'échappement du moteur à explosion s'identifient de l'oxyde de carbone ( très toxique), des vapeurs imbrûlées d'hydrocarbure, du monoxyde d'azote ( faible proportion ), de l'azote, ae la vapeur d'eau, des traces de composés du soutire et du plomb. L'analyse des gaz d'échappement de la post-combustion révèle du bioxyde d'azote ( en faible proportionj, des traces de soufre et de plomb ( teneurs controiées et réduites au raffinage des hydrocarbures), de l'azote, de la vapeur d'eau, un reliquat d'oxygène et du gaz carbonique. L'analogie de cette post-combustion avec les processus de la bio-réduction démontre que le gaz carbonique ne présente pour l'environnement aucune pol lution. Pourtant sa concentration peut présenter un danger dans les espaces bas et peu aerés à forte circulation automobile ( le gaz carbonique est une fois et demie plus dense que l'air); ces lieux peuvent être pourvus de bas sins à petits retords pour réceptionner liteau vive ( projection en jets bri sés et groupés) qui se charge de gaz carbonique dissout à la pression atmos phérique dans une pro-ortion d'un litre de gaz par litre d'eau. e) Le dispositif, objet de l'invention, comporte une mini-turbine à gaz, adaptée par sa taille et sa compacité, par son corps extérieur, sur le collecteur des pipes d'echappement des moteurs à explosion ou sur un prolongement ou sur le détournement à la base des cheminees de centrales thermigues, de chaudières d'usine ou d'immeubles d'habitation. La mini-turbine récupère l'énergie d'ejection des gaz d'échappement hors de la chambre de post combustion a travers ues roues a ailettes L'utilisation ae cette puissance se Justifie pour aspirer de l'air extérieur, pour la carburation ou l'injec- tion du comoustible, ia compression et le mixage du nouveau melange, ia régulation de son dépit.Selon une realisation de l'invention, une roue ouverte, accolée de part et d'autre a deux cylinares vir-suels ajourés, s'encastre librement par sa periphérie dans une rainure circulaire- taillée dans la parol interne moyenne du compartiment compression de la mini-turbine. Le côté plat de l'un des deux cylindres est occlu par une roue fermée solidaire rigidement d'un axe moteur, coaxial aux cylindres et perpendiculaire à ltori- entation du flux des gaz toxiques. ües pales spiralées sont incluses entre la roue ferrée et la roue ouverte. les palettes droites, radiales, longitudinales a l'axe moiteur, rigidement solidaires ae la roue ouverte et périphériques à l'an des deux eyliaeres virtuels, forment un vide interieur en prolongement de celui te la roue ouverte. Selon une autre réalisation de l'invention, un carter en alliage léger et moulé enveloppe la mini-turbine d'une épaisseur suffisante pour la rendre insonore Deux ouvertures pratiquées dans l'épaisseur Lu carter sont pourvues de collerettes de fixation. Ces ouvertures correspondant aux périphéries des pales et palettes intérieures. Le collecteur d'echappement ues gaz toxiques se trouve excentré de l1axe moteur et le flux des gaz toxiques, tangentiel aux palettes, détermine un couple de forces constituant la synchronisation de la rotation du moteur à explosion avec celle de la mini-turbine, tandis que les pales spiralées, par la force centripète, pompent littéralement l'air extérieur a travers la seconde ouverture.Selon une autre ralisation de l'invention, un cône tron ané s.pare les compartiments de la compression et de la post-combustion. Il diverge le melange combustible, compressé par les pales spiralées ( les taux de compression de la turbine ne soivent pas entraver l'échappement des gaz toxianes et sont intérieurs . ceux des cylinares a explosion, l'effet de réaction à l'échappement de la post-combustion n'est pas recherché dans cette forme d'utilisation de la turbine a gaz) et dirigé vers la chambre de postcombustion a travers une fente annulaire concentrique à la grande circonférence du cône tronqué. Trois cloisons radiales, équidistantes autour du cône tronqué, le rendent solidaire rigidement du carter. L'axe moteur traverse le cône tronqué librement de part en part, son prolongement, à travers la chambre de post-combustion jusqu'à la roue mobile à allettes, est librement enveloppé dans une gaine à protection tehnique; la gaine est rigidement soli daire du cône tronqué et cte la roue fixe à ailettes. Un clapet disposé paroi lèloment à la plus grande suriace plate du cône tronqué, avec un ressort intercalaire hélicoidal de rappel, peut occlure la fente annulaire dans le cas où se produirait une surpression dans la chambre de post-combustion, par e xemplc: excès de vapeurs imbrûlées dans le mixage combustible.Selon une autre réalisation de l'inventions le compartiment de la post-combustion comporte l'admission du mélange combustible par la fente annulaire, une paroi latérale intérieure en matière réfractaire, un vide intérieur de forme cylindrique d'un diamètre supérieur à celui du clapet, un allumage permanent pendant la marche par une bougie à résistances électriques, alimentée par la batterie et allumée par le contact du tableau de bord, éventuellement un injecteur de carburant et enfin un échappement par des roues à ailettes.L'axe moteur est solidaire rigidement de la roue mobile à ailettes ou rotor, en traversant la roue fixe à ailettes ou stator, rigidement solidaire du carter Le stator constitue le premier support, en portée libre, de l'axe moteur, le second support, en portée libre, est formé dans ltepaisseur du carter, traversé de part en part par l1axe -moteur, en amont de la roue fermée.Selon une autre réalisation de l'invention, un compartiment rour la détente des gaz d'échappement de la post-combustion, en aval de la chambre de post-combustion, est caractérisé par un intérieur cylindrique creux d'un diamètre plus grand que celui du rotor et par un extérieur å ailettes parallèles fises ou autre moyen de refroidissement : les gaz chauds perdent une partie de leurs calories par convection au contact des parois internes refroidies par la température externe et leur dilatation régresse.Un conduit oui peut être sinueux relie le compartiment de détente à un silencieus pourvu de nombreu- ses chicanes absorbant les sons émis par la turbine à gaz; le siiencieux est en liaison avec l'environnement ou 1a cheminée du foyer interne. Selon une autre réalisation de l'invention, la mini-turbine peut être alimentée en carburant selon deux formules : l'injection ou la carburation. Un injecteur placé dans la chambre de post-combustion est alimenté par une pompe à injection accouplée à l'axe moteur qui synchronise son débit selon les ralentis ou les accélérations du moteur à explosion. L'admission d'air extérieur comporte un volet de réglage que l'on combine avec le débit de l'injection pour un mélange combustible riche en oxygène.La pompe à injection est air montée par le contenu du réservoir du véhicule et ce système convient aux diesels. Dans l'autre formule ,le carburateur s'adapte sur la collerette de l'admission d'air extérieur, il est alimenté en carburant par une dériva- tion prise sur la pompe à combustible du moteur à explosion, sa commanded' accélération est assujettie à la vitesse de rotation de l'axe moteur, pro r longé au delà du cater en amont de la roue fermée, dans un boîtier rigide ment solidaire un carter et remermant un mecanisme animé par la force centrifuge. Ce mécanisme est constitue de trois masselottes equidistantes au @our de l'axe moteur, mobiles sur de petits axes adaptes à des supports @ourchus rigiuement solidaires de l'axe moteur.Deux butées délimitent un tronçon de l'axe moteur entre lesquelles s'adaptent une coulisse cylindrique et son ressort de rappel. La coulisse est librement solidaire des extrémités des prolongements des trois masselottes et de s'on parcours cannelé longitudinalement à l'axe moteur. La force centrifuge écarte les masselottes agissantes sur la coulisse dans le mouvement longitudinal à l'axe moteur. La coulisse est rigidement solidaire d'une collerette concetrique periorée dans son épaisseur de plusieurs orifices englobaut librement une à une par sertissage des bilies nobiles prises entre deux rondelles parallèles. Les rondelles sont rigidement solidaires d'une crémaillère coulissante dans une rainure taillez dans la masse de bottier.La crémaillère engrène un pignon droit rigidement solidaire d'un axe librement solidaire du bottier. Les déplacements angulaires de l'axe à pignon agissent sur une tringlerie qui commande l'accéleration de la carburation. Selon une autre réalisation de l'in- vention, l'installation ne peut pas fonctionner correctement sans un réglage minutieux. Le moteur à explosion étant au ralenti, le reglage du volet d'admission d'air exterieur pour l'injection ou ues gicleurs pour la carburation doit assurer l'émission maximum de gaz carbonique -à l'échappement de la post combustion, le même réglage est durable pour l'accélération.Le dosage de l'air exterieur avec les vapeurs d'hydrocarbure par pulvérisation ou évapo- ration doit procurer un apport riche en oxygène dans un mélange. combustible qui peut assurer la combustion complète dans la turbine de l'oxyde de carbone et des vapeurs d'hydrocarbure imbrûlées rejetée par- le moteur à explosion Le Le plombage du réglage est souhaitable pour dissuader les individus qui ne peuvent admettre que "le pollueur est le payeur". Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif conforme à la presente invention. Tel qu'il est représenté, le dispositif comporte un axe 1 reposant sur la portée libre @ de la roue fixe 3 a ailettes et la portée libre 4 du carter 5 L'axe 1 est solidaire rigidement ne ia roue mobile 6 à ailettes, de la roue fermée 7 et ue la pompe à injection 8. La roue fermée 7 est rigidement solidaire de la roue ouverte 9 par les pales spiralées 10 et les palettes 11 sont rigidement solidaires de la roue quverte 9. Le cône tronqué 12 traversé librement .e ,ert en part par l'axe I est rigidement solidaire de la gaine protectrice 13 de l'axe 1 et des cloisons radiales 54 équidistantes et solidaires du carter 5. Le cône tronqué 12 sépare le compartiment compression du compartiment post-combustion.Le clapet 14 peut occlure par surpres sion dans la chambre de post-combustion 15 la lente annulaire 16 concentrique à la grande circonférence du cône tronqué 12. Le ressort de rappel 17 maintient la fente annulaire 16 ouverte pour l'admission du mixage des gaz toxiques et de l'air 18. L'injecteur iS pulvérise le combustible, la bougie 20 enflamme le mélange aont les résidus 22 dilatés animent le rotor 6. Les gaz toxiques 23 du moteur a explosion exercent également une poussée motrice sur les palettes li par l'ouverture tangentielle 24 dans le carter b ; les palettes 11 jouent un rôle de régulation synchronisant les rotations du vo- teur à explosion et de la mini-turbine.Le carter b est perforé également de l'ouverture 25, l'admission d'air, équipée éventuelvement d'un volet de pré-réglage 26. Les gaz consumés b de la chambre 16 se détendent dans la chambre 30, disposée dans le prolongement du rotor 6 , pourvue d'un élément extérieur réfrigérant 31 et reliée par un conduit 32 au silencieux 33. flans la variante, le carburateur @4 s'adapte sur l'aumission d'air 25. Un boîtier 35 renferme les masselottes 36 articulées sur les axes 37 rigidement solidaires de leurs supports à fourche 38 parties intégrantes de l'axe 1.Les butées 39 et 40 délimitent un tronçon 41 de l'axe 1 comportant une cannelure 42 sur laquelle se déplace la coulisse 43 assujettie au ressort de rappel 44 et aux masselottes 36. La coulisse 43 rigidement solidaire de la collerette 45, pourvue de billes mobiles 46, communique aux deux rondelles 47 et 48, en contact de part et d'autre des billes 46, ses mouvements transmis à la crémaillère 49 rigidement solidaire des rondelles 47 et 48. La crémaillère 49 coulisse parallèlement à l'axe 1 dans la rainure @@ taillée dans la masse du boîtier 35 et engrène le pignon droit 51 rigidement solidaire de l'axe Sa librement solidaire du boîtier 35 : l'écartement (les masselottes 36 provoqué par la force centrifuge commande la rotation de l'axe 52 en liaison par la tringlerie 53 avec l'accélération de la carburation. f) Les applications industrieiles de l'invention s'adaptent à tous moteurs ou foyers à combustion interne polluante. L'autonomie de la mini- turbine thermodynamique à injection ou carburation Peut rendre son utilisation généralisée même sur les petites cylindrées. l'automobile, parure, machine à gagner du temps et de l'espace, somme d'inventions et de recherches, est le grand essor économique au XXème siècle; avec la lin des restrictions pétroilères, dans les dernières décennies de ce siècle, elle va connaître un regain d'intérêt chez les usagers et d'autres adeptes par le monde. La période est transitoire, cette prolif-ration inquietante saturera les réseaux routiers existants ou ceux construits dans les mêmes normes. Des restructurations onéreuses par leur importance ais durables s'imposeront a une opi nion publique évoluée et compréhensive puisqu'il sera tenu compte par de nouvelles techniques, de la biocénose7 ae la préservatlon de l'oxygène de 1' air, de la sécurité des usagers, de l'élimination des nuisances, de la protection des sites naturels et historiques, de gains appréciables d'espace et de temps. R E V E N D I C A T I O N S 1/ Procédé pour neutraliser l'oxyde de carbone, gaz très toxique, dérivé de la combustion interne de foyers à bois, à charbon ou à hydrocarbu re et/ou l'oxyde de carbone et vapeurs d'hydrocarbure imbrûlées dérivés de la combustion interne des moteurs à explosion, par le mixage compressé d'azote et monoxyae d'azote et oxyde de carbone et vapeur d'eau et le mélange combustible d'air et de vapeurs d'hydrocarbure et/ou d'azote et monoxyde d' azote et oxyde de carbone et vapeurs d'hydrocarbure imbrûlées et vapeur d' eau et le mélange combustible d'air et de vapeurs d'hydrocarbure, brûlés complétement dans une post-combustion d'où dérive un mélange peu toxique d' azote, de bioxyde d'azote, de vapeur d'eau et de gaz carbonique, le dit procédé étant caractérisé par l'adaptation sur le collecteur, ou son prolongement, des pipes d'échappement des mo-teurs à explosion, ou sur une déviation des cheminées de foyers internes, d'une mini-turbine à gaz insonorisée et thermodynamique, récupérant leenergie cinétique des gaz d'échappement nécessaire à l'aspiration d'air extérieur, à la carburation ou a l'injection du carburant d'appoint, à la compression et au mixage par accouplements avec un compresseur centripète et une pompe à injection ou un mécanisme de régulation de la carburation. 2/ Procédé pour le réglage, selon la revendication 1, d'un mélange combustible mixé à des gaz toriques, caractérisé par le dosage de l'air extrieur avec des vapeurs d'hydrocarbure pour un apport riche en oxygène dans le but de favoriser la post-combustion complète des vapeurs d'hydrocarbure Imbrûlées et de bioxyde de carbone ; le réglage(rotation ralentie du moteur à explosion et de la mini-turbine) du volet d'admission d'air pour l'injection ou des giclehrs pour la carburation, doit assurer l'émission maximum de gaz carbonique à l'échappement de la post-combustion, le meme réglage est durable pour l'accélération. 3/ Dissositif, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen destiné à-récupérer l'énergie cinétique des gaz d'échappement comporte d'une part à la sortie de.la chambre de post-combustion le rotor propulsé par l'éjection énergique des gaz brûlés à travers le stator (solidaire rigidement du carter) constituant une portée libre de l'axe moteur ( rigidement solidaire du rotor), l'autre portée libre étant placée dans l'é- paisseur du carter en amont de la mini-turbine : d'autre part l'axe moteur( place perpendiculairement au flux des gaz toxiques) rigidement solidaire des palettes(par la roue ouverte, les pales spiralées et la roue fermée) recevant les gaz toxiques dans une direction tagentielle à la rotation des' palettes, la rotation étant régularisée entre le moteur et la miniturbine par le débit du flux des gaz toxiques, transmet le couple moteur du rotor et des palettes au compresseur centripète, pour aspiration d'air extérieur, compression et mixage et par l'accouplement en amont de la mini-turbine à la pompe d'injection ou au mécanisme de régulation de la carburation. 4/ Dispositif, selon la revendication i, caractérisé par le fait que le moyen destiné à brûler le me lange combustible coiiiporte une chambre cylindrique, avec admission par fente annulaire que puet occlure un clapet au cas d'une surpression dans la combustion, un échappement hors de la cham- bre de post-combustion å travers un stator et son rotor, une paroi latérale en matière réfractaire, une Dougie à résistances électriques, allumée par le contact du tableau de bord, alimentée par la batterieS et éventuellement un injecteur de carburant. .5/ Lispositli, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen destiné a- favoriser l'éjection des gaz d'échappement de la post-combustion à travers le rotor comporte une chambre de détenta cylin- drique, d'un diamètre plus grand que celui du rotor, où les gaz chauds se refroidissent par convection au contact des parois internes de la chambre pourvue d'un système de refroidissement exterieur par ailettes fixes paral lèles- ou autres moyens ; le dilatation des gaz chauds régresse. 6/ Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen destiné à alimenter en carburant n'appoint la post-combustion comporte un injecteur recevant le combustible à pulvériser dans la chambre ae post-combustion d'une pope à injection en iiaison avec le réservoir du véhicule et/ou un carburateur recevant ïe combustible à vaporiser dans la chambre de compression a'une dérivation prise sur la pompe à carburant du moteur à explosion ; ia régulation de cette alimentation d'appoint est assurée dans la synchronisation de la turbine et du moteur à explosion par 1' accouplement à l'axe moteur de la turbine de la pompe à injection et/ou d' uil mécanisme de régulation par force centrifuge commandant les accélérations de la carburation.