Brevet FR2301696A1 — publié le 19760917

La présente invention concerne un procédé pour améliorer le rendement énergétique des combustions, notamment dans les foyers et les moteurs à combustion interne; elle concerne également différents dispositifs pour mettre en oeuvre ce procédé. Le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il consiste à injecter de l'eau dans un état dispersé, au niveau de la combustion, et éventuellement pendant toute-sa durée. L'eau injectée, à l'état pulvérisé ou à l'état de vapeur, au niveau de la combustion, est dissociée par la tempé- rature élevée qu'elle entretient, en ses constituants, dont l'hydrogène brûle aussitôt, en apportant, à la combustion, l'apport énergétique de sa propre chaleur de combustion. Le procédé selon la présente invention permet d'améliorer le rendement énergétique des foyers et des moteurs à combustion interne, dans une proportion qui peut aller jusqu'à 20 %. Le procédé selon la présente invention peut être appliqué à un foyer à flammes, et, dans ce cas, on injecte de préfé rence 11 eau directement dans les flammes du foyer, qui en assure ainsi une dissociation rapide et pratiquement complète. Le procédé selon la présente invention est cependant également applicable à un foyer à injection d'air de combustion et, dans ce cas, il est particulièrement simple et avantageux de mélanger l'eau à injecter avec l'air de combustion avant son injection dans le foyer; dans ce cas également, les gouttelettes. ou la vapeur d'eau sont entraitnées par l'air de combustion jusqu'à proximité immédiate des flammes du foyer. La façon la plus simple d'appliquer le procédé selon la présente invention un moteur à combustion interne, consiste à injecter l'eau directement dans les chambres de combustion.- du moteur. Cette façon de procéder peut cependant nécesis; des- moyens assez complexes, notamment dans le cas d'un moteur comportant un nombre assez élevé de chambres de combustion, pour obtenir que, comme cela est souhaitable,. l'eau soit injectée exclusivement pendant les phases de remplissage des chambres de combustion du moteur. C'est pourquoi le procédé selon la Rrésente inv,ention est alors mis en oeuvre de préférence en mélangeant l'eau à injecter avec l'air de combustion, avant son entrez dans les chambres de combustion du moteur; cette façon de procéder offre l'avantage essentiel d'utiliser pour l'injection de l'eau dans les différentes chambres de combustion du moteur, les moyens que ce dernier comporte déjà pour y distribuer l'air de combus- tion. Dans le cas notamment d'un moteur à carburateur, il est avantageux de mélanger, selon la présente invention, l'eau à injecter avec l'air de combustion, avant son entrée dans le carburateur. A titre d'exemples, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé plusieurs dispositifs pour mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention. La figure 1 est le schéma de principe d'un dispositif permettant d'appliquer le procédé selon la présente invention à un foyer à brûleurs, associé par exemple à une chaudière de chauffage central. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 représente, en coupe par un plan vertical médian, un dispositif séparateur et distributeur de vapeur, permettant par exemple d'injecter dans un foyer de la vapeur sèche, obtenue à partir d'un générateur de vapeur d'un type courant. La figure 4 est une vue, analogue à la figure 3, d'une variante de réalisation. La figure 5 représente schématiquement, en coupe par un plan vertical médian, un dispositif permettant d'appliquer le procédé selon la présente invention à un moteur à combustion interne, muni d'un carburateur. Sur la figure 1, 1 désigne l'ensemble du foyer d'une chaudière, par exemple d'une chaudière pour le chauffage central; dans l'exemple considéré, le foyer 1 est équipé d'un brûleur à mazout 2. Un réservoir d'eau 3 est placé de manière que son fond se trouve à un niveau supérieur à celui du brûleur 2 du foyer 1. Les parois du réservoir 1 peuvent titre constituees en plaques de matière synthétique ou de tôle, recouverte d'un revêtement approprié. Le chargement en eau du réservoir 3 peut être assuré périodiquement, par exemple en utilisant un seau, Dans le cas où par contre on dispose d'une distribution d'eau de bonne qualité hydrotimétrique, on peut assurer une alimentation continue du réservoir 3, par une conduite d'alimentation 4, débouchant, dans le fond du réservoir 3, par l'intermédiaire d'un filtre 5.Dans ce dernier cas, des moyens connus doivent être adaptés au réservoir 3 pour réguler le niveau 6 de l'eau qu'il contient, une hauteur constante. Sur le fond du réservoir 3 est placé un bottier 7 qui, comme visible sur la figure 2,renferme les éléments suivants un dispositif goutte à goutte, 8, å débit réglable, notamment l'aide d'une vanne à pointeau 8a, est alimenté avec 11 eau contenue dans le réservoir 3, par une conduite 9, dans laquelle est insérée une vanne d'arrêt 10, également placée lans le boîtier 7, et qui débouche, à l'extérieur de ce dernier, près du fond du réservoir 3, par l'intermédiaire d'un filtre 11.Le dispositif goutte & goutte 8 comporte, en dessous de la vanne à pointeau da, un entonnoir db, dont le tube inférieur 8c est relié par une conduite 12, de longueur et de trajet appropriés,à une conduite de vaporisation et d'injection de 11 eau, 13, placée à l'intérieur du foyer 1. Cette conduite de vaporisation et d'injection de l'eau 13 traverse la chambre de combustion du foyer 1 suivant un trajet allongé, plusieurs fois coudé dans l'exemple illustré sur la figure l, et elle débouche, en 13a, au niveau de la flamme F sortant du brtleur à mazout 2, lorsque celui-ci est allumé. Lorsque la vanne d'arrêt 10 est ouverte, les gouttes d'eau qui s'échappent de la vanne à pointeau 8a sont recueillies par l'entonnoir 8b et, en raison de la dénivellation, par exemple de l'ordre de I mètre, existant entre le fond du réservoir 3 et le foyer 1 de la chaudière, elles s'écoulent jusqu'S l'ntrée je la conduite de vaporisation et d'injection, 13. Comme celle-ci a ùne longueur suffisante pour que les gouttes d'eau subissent une évaporation progressive dans ladite conduite 13, c'est seulement de la vapeur pratiquement sèche qui s'échappe de son embouchure 13a, située à un niveau supérieur à celui de son entrée. Cette vapeur est donc injectée directement dans la flamme F du brûleur 2. Bien entendu, le débit de la vapeur injectée dans le foyer 1 peut être réglé, à l'aide de la vanne à pointeau 8a, en fonction du débit du brailleur 2. Ce réglage peut bien entendu avoir lieu de façon manuelle; il est également possible, selon la présente invention, d'asservir la vanne de réglage 8a au débit du brûleur 2; ceci est particulièrement souhaitable lorsque le débit du brûleur 2 est lui-même régulé ou programmé par des moyens automatiques bien connus. Quant à la vanne d'arrêt 10, sa commande est placée, selon la présente invention, sous la dépendance de la commande de l'admission du mazout dans le brûleur 2, ou bien sous la dépendance de l'allumage dudit brûleur 2. Cette dépendance peut être assurée par des moyens automatiques, bien connus, et qu'il n'est pas nécessaire de décrire en détail, dans la mesure où la présente invention n'est pas limitée à une forme particulière de réalisation de ces moyens. Le dispositif de la figure 3 comporte, dans un coffret 14, un récipient séparateur 15, par exemple cylindrique, à axe vertical. La partie moyenne du récipient 15 est reliée à un générateur de vapeur d'eau, d'un type quelconque, par une conduite 16, dans laquelle est insérée une première vanne d'arrêt 17. La partie supérieure du récipient séparateur 15 est reliée par une conduite 18 à un injecteur d'eau, disposé par exemple dans un foyer, à proximité des flammes qui y sont entretenues. Dans la conduite 18 -sont montées en série une seconde vanne d'arrêt, 19, et une vanne de réglage 20. La partie inférieure du récipient séparateur 15 est enfin reliée à une conduite 21 d'évacuation de l'eau séparée de la vapeur arrivant dudit générateur par la conduite 16.Ce dispositif convient bien par exemple pour appliquer le procédé selon la présente invention à une installation de chauffage central à vapeur, dont la chaudière constitue alors le générateur de vapeur d'eau, auquel est reliée la conduite 16. Dans le cas de la variante illustrée sur la figure 4, sur laquelle on a utilisé les mêmes références que sur la figure 3, pour désigner des éléments homologues, le récipient séparateur 15 fonctionne par gravité, la conduite d'évacuation de l'eau séparée de la vapeur, 21, partant de son fond. Lorsque les dispositifs illustrés schématiquement sur les figures 3 et 4 sont associés à des foyers munis de brûleurs, la commande des vannets d'arrêt 17 et 19 est placée de préférence sous la dépendance de la commande de l'admission du combustible dans les brûleurs, ou bien sous la dépendance de l'allumage des brûleurs. De même, dans le cas où les brûleurs du foyer sont à débit variable, en particulier régulé ou programmé, la vanne de réglage 20 est asservie au débit des brûleurs. Toutes les applications du procédé selon la présente invention, des foyers nécessitent l'emploi d'injecteursde vapeur, telsque la conduite de vaporisation et d'injection 13 (figure 1), constitués en un matériau résistant bien aux températures élevées, par exemple en métal. Sur la figure 5, 22 désigne la conduite d'admission d'air d'un moteur à combustion interne; cette conduite part d'un filtre à air 23,et un carburateur 24 y est inséré. Lors de la phase d'aspiration de chaque cycle de fonctionnement du moteur à combustion interne, la conduite d'admission d'air 22 est donc traversée par un courant d'air dans le sens de la flèche f. Dans le cas par exemple où le moteur à combustion interne précédemment considéré est monté sur un véhicule, on dispose, sur le même véhicule, un récipient 25, qu'une cloision verticale 26 divise en deux compartiments : le premier compartiment, 27, sert de réservoir d'eau, et il est muni, à sa partie supérieure, d'un bouchon de remplissage 28. Le second compartiment, 29, sert d'évaporateur, et sa partie inférieure communique avec celle du réservoir d'eau 27 par l'intermédiaire d'une vanne de réglage 30.L'eau dont elle permet l'écoulement dans le fond de l'évaporateur 29, y est chauffée, par exemple par une résistance électrique 31,^alimentée par la batterie du véhicule, de manière à assurer une évaporation continue; le chauffage du fond de l'évaporateur 29 pourrait être également assuré par une conduite dérivant une fraction au moins des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Une tubulure de trop plein, 32, comporte une partie en échange thermique avec une tubulure 33, traversée également par une fraction au moins des gaz d'échappement du moteur de combustion. La plus grande partie de l'eau qui s'engage dans la conduite de trop plein 32 est ainsi vaporisée, et fait retour dans l'évaporateur 29.De l'extrémité supérieure de ce dernier la vapeur sort par une tubulure le sortie 31, dans laselle est insérée une vanne de réglage 35, et qui débouche dans une conduite d'adduction de vapeur, 36, à paroi isolée thermiquement. La conduite d'adduction de vapeur 36 aboutit à proximité de la partie de la conduite d'admission d'air 22, précédemment mentionnée, qui est comprise entre le filtre à air 23 et le carburateur 24. Ladite conduite d'adduction de vapeur 36 traverse alors un dispositif de réchauffage 37, qui peut être d'un type quelconque, par exemple à résistance électrique, puis elle traverse de façon étanche la paroir de la conduite d'admission d'air 22, et se termine, à l'intérieur de cette dernière, dans un injecteur 38, qui est disposé de préférence parallèlement à l'axe de ladite conduite d'admission d'air 22, de manière que la vapeur en sixte dans la même direction que le courant d'air aspiré, cette direction étant indiquée par la flèche f.Un déflecteur conique 39 est disposé autour de l'injecteur 38 de manière que, à la phase d'aspiration de chaque cycle de fonctionnement du moteur à combustion interne, l'air aspiré qui s'écoule autour du déflecteur 39, dans le sens de la. flèche f, favorise la sortie de la vapeur hors de l'injecteur 38, dans le même sens, par effet de trompe. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure.5, la vanne de réglage 35 peut être éventuellement asservie à la position du papillon du carburateur 24, par des moyens bien connus, qu'il n'est pas nécessaire de décrire. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation précdenment décrites. Elle englobe toutes leurs variantes, ainsi que tous les moyens permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention, dans ses différentes modalités et applications. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer le rendement énergétique des combustions, notamment dans les foyers et les moteurs à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter de l'eau dans un état dispersé, au niveau de la combustion, et éventuellement pendant toute sa durée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte de l'eau pulvérisée1 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on injecte de la vapeur d'eau. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, appliqué à un foyer à flammes, et caractérisé en ce que l'on injecte l'eau directement dans les flammes du foyer. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, appliqué à un foyer à injection d'air de combustion, et caractérisé en ce que l'on mélange 1' eau à injecter avec l'air de combustion avant son injection dans le foyer. 6.-Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, appliqué à un foyer muni de brûleurs à débit variable, et caractérisé en ce que l'on règle l'injection d'eau en fonction du débit des brûleurs. 7. Procédé selon l'une quelconque des re wndications 1 à 3, appliqué à un moteur à combustion interne, et caractérisé en ce que l'on injecte l'eau directement dans les chambres de combustion du moteur. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, appliqué à un moteur à combustion interne, et caractérisé en ce que l'on mélange l'eau à injecter avec l'air de combustion, avant son entrée dans les chambres de combustion du moteur. 9. Procédé selon la revendication 8, appliqué à un moteur à carburateur, caractérisé en ce que l'on mélange l'eau à injecter avec l'air de combustion, avant son entrée dans le carburateur. 10. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube de vaporisation et d'injection d'eau, qui traverse la chambre de combustion du foyer suivant un trajet allongé, par exemple plusieurs fois coudé, et qui débouche au niveau des flammes du foyer. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour envoyer de l'eau goutte à goutte à l'entrée du tuyau de vaporisation et d'in- jection. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un réservoir d'eau, dont le fond est placé à un niveau supérieur à celui des flammes du foyer, et dans lequel est immergé un dispositif goutte à goutte à débit réglable, ayant sa sortie reliée à l'entrée du tuyau de vaporisation et d'injection, un filtre et une vanne d'arret étant de préférence montés en série à l'entrée du dispositif goutte à goutte. 13. Dispositif selon la revendication 12, applicable à un foyer à brûleurs, et caractérisé en ce que la commande de la vanne d'arrêt est placée sous la dépendance de la commande de l'admission du combustible dans les brûleurs 14. Dispositif selon la revendication 12, applicable à un foyer à brûleurs, et caractérisé en ce que la commande de la vanne d'arrêt est placée sous la dépendance de l'allumage des brûleurs. 15. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient séparateur, dont la partie moyenne est reliée à un générateur de vapeur d'eau par l'intermédiaire d'une première vanne d'arrêt, et la partie supérieure est reliée à l'injecteur d'eau du foyer par l'intermédiaire d'une seconde vanne d'arrêt, en série avec au moins une vanne réglage, la partie inférieure dudit récipient séparateur étant reliée à une conduite d'évacuation de l'eau séparée de la vapeur. 16. Dispositif selon la revendication 15, applicable à un foyer à brûleurs, et caractérisé en ce que la commande des vannes d'arrêt est placée sous la dépendance de la commande de l'admission du combustible dans les brûleurs. 17. Dispositif selon la revendication 15, applicable à un foyer à brûleurs, et caractérisé en ce que la commande des vannes d'arrêt est placée sous la dépendance de l'allumage des brûleurs 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, applicable à un foyer muni de brûleurs à débit variable, et caractérisé en ce que la vanne de réglage est asservie au débit des brûleurs. 19. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 7 9, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir d'eau, une évaporateur alimenté de façon réglable par ce réservoir d'eau, et chauffé électriquement ou à partir des gaz d'échappement du moteur, une conduite d'adduction de vapeur, isolée thermiquement, et reliant la sortie dudit évaporateur audit moteur, et un organe de réglage du débit de vapeur, inséré dans ladite conduite d'adduction. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la conduite d'adduction de vapeur traverse un dispositif de réchauffage avant de pénétrer dans le moteur. 21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 et 20, caractérisé en ce que la conduite d'adduction de vapeur débouche dans la conduite d'admission d'air du moteur, éventuellement en amont de son carburateur, l'embouchure de ladite conduite d'adduction de vapeur étant de préférence aménagée, l'intérieur de la conduite d'admission d'air, de manière à obtenir un effet de trompe à la phase d'aspiration de chaque cycle de fonctionnement du moteur.