Brevet FR2465511A1 — publié le 19810327

L'invention concerne un dispositif de filtrage comprenant un tissu filtrant métallique mécaniquement stable. L'utilisation d'éléments métalliques comme renforcements structurels des catalyseurs d'épuration des gaz d'échappement d'automobiles est connue. Ainsi, est décrite, dans une série de documents (brevet US 3 920 583, documents OS DE 23 02 746, et 24 50 664), une matrice de catalyseur en acier inoxydable à chaud, qui est constituée par un support métallique dans lequel des t8les d'acier d'une épaisseur déter- minée sont façonnées sous la forme de t8les lisses et ondulées et sont disposées alternativement par lits. Dans le document DE-AS 21 64 123 est décrit un matériel catalyseur sous la forme d'un ou plusieurs lits d'une grille rev9tue d'une couche appropriée présentant des dimensions et des largeurs de mailles variées, ou sous la forme de nappes de fils ondulés enduites. L'utilisation de mailles de fil métallique a, par rapport aux supports métalliques faits de bandes, l'avantage que le poids mis en oeuvre est plus faible et la surface géométrique plus grande. On a en outre déjà décrit des matrices supports de catalyseurs qui sont constituées par des lits superposés d'acier résistant aux températures élevées et inoxydable à chaud, ces lits étant constitués par une toile à tamis lisse, dans laquelle sont tissés à certainesdistances parallèles, dans le sens voulu pour les canaux d'écoulement, des organes écarteurs de section trarsversale plus grande que celle des fils, ces écarteurs étant incorporés dans la toile ou posés sur elle, et les lits de toile à tamis plate ou de t8le ondulée alternant avec des lits de toile à tamis ondulée ou plate. Un autre avantage de ce genre de matrices perméables aux gaz sur les systèmes fabriqués à partir de bandes de tales réside dans un effet de courant transversal aidant à la catalyse et dans une amélioration du pouvoir de retenue des oxydes métalliques qui servent de catalyseurs et qui se présentent en dispersions imprégnées. Les systèmes connus fabriqués avec un treillis de fil métallique sont toute- fois susceptibles d'améliorations, en ce qui concerne leur stabilité mécanique contre la déformation mécanique. Dans les moteurs à combustion interne modernes, on se montre très exigeant en ce qui concerne notamment la 2 2465511 stabilité mécanique. En raison de la succession des allumages d'un moteur à pistons, les catalyseurs, ou aussi le filtre à condensat ou à particules de plomb et de noir de fumée, sont frappés par les gaz d'échappement qui sont caractérisés par de fortes pulsations. Dans les systèmes de matrices connus, ces pulsations peuvent entraîner rapidement la destruction mécanique du renforcement du catalyseur ou du filtre à particules du gaz d'échappement. L'invention concerne un dispositif à base de toile à tamis en métal qui peut 9tre utilisé comme filtre à grande efficacité et/ou comme support de catalyseur avec guidage favorable à la conversion du courant de gaz d'échappement. Le dispositif à base de toile à tamis métalli- que est caractérisé en ce qu'il est constitué alternativement par une couche d'une toile filtrante ondulée ou plissée et par une couche de recouvrement plane, close ou perforée, un entourage en forme de U adapté à son profil étant poussé sur la couche ondulée ou plissée, sur deux de ses bords opposés qui se dres- sent perpendiculairement à l'ondulation ou au plissement, et étant fixé sur elle. La plaque de recouvrement peut ici être une t8le plane ou une toile à tamis métallique dont les bords sont rabattus en forme de U. Les lits peuvent 9tre assemblés en un groupe unitaire, ou être enroulés en une spirale cylindrique, ovale, rectangulaire ou polygonale. Pour fixer le dispositif à toile à tamis métallique, une solution favorable consiste à souder ou à braser par points, ou par surfaces plus importantes avec les assises, les bords rabattus, l'ensemble unitaire ou l'enroule- ment pouvant 9tre soudé ou brasé frontalement. Une amélioration de l'effet de filtrage peut être obtenuepar une compression du tissu. A cet effet, on entoure sur les bords plusieurs couches de toile à tamis sous la forme d'un paquet d'une feuille de métal, avant de les former et on les relie avec cette feuille par soudage ou par brasage. Dans un autre mode de réalisation de l'inven- tion, on peut aussi, à la place de la t8le de recouvrement, se servir d'une ou plusieurs couches de toile à tamis filtrant 3 2465511 lisse, que l'on entoure, également avant de la former, avec une feuille de métal que l'on relie par soudage ou brasage avec la toile filtrante métallique. Un mode recommandé de réalisation de l'inven- tion consiste en ce que plusieurs lits superposés de toile à tamis sont maintenus sur leurs bords par un entourage unique. Dans le cadre de l'invention, on peut prévoir aussi une disposition de toile à tamis, formée en faisant alter- ner des couches de t8le ondulées ou plissées et une toile à tamis lisse, le bordage en forme de U étant nécessaire pour la toile à tamis lisse seulement. On peut ainsi obtenir une sensi- ble économie de poids,bien que la stabilité mécanique soit bonne, mais cependant plus faible qu'en utilisant une toile à tamis ondulée ou plissée. La toile à tamis métallique utilisée peut 9tre constituée par une bande dont la largeur de maille est de 0,18 à 0,025, de préférence de 0,1 à 0, 05, ou mieux encore de 0,073 mm, avec une grosseur de fil de 0,15 à 0,025, de préférence de 0,1 à 0,05 ou mieux encore de 0,07 mm. Comme t8les de recouvrement et feuilles métal- liques pour entourer le tissu filtrant, on utilisera des bandes de métal dont l'épaisseur sera inférieure à 0,15 mm. La largeur et la hauteur des cellules enfer- mées par les couches planes et ondulées ou plissées disposées alternativement ne doivent pas 9tre inférieures à 0,2 mm. La couche ondulée peut présenter différentes formes. Il y a avantage à ce qu'elle offre une forme sinusoïdale, ou la forme d'une développante, ou une forme rectangulaire ou carrée. Un mode de réalisation particulièrement efficace de la disposition de toile filtrante suivant l'inven- tion assure que le gaz d'échappement qui doit passer puisse s'écouler dans le sens longitudinal et dans le sens transversal par rapport au courant de gaz d'échappement et qu'il soit obligé de traverser les couches-de tissu filtrant. Une couche plissée présente ici, sur ses bords qui se dressent perpendiculairement au plissage, un profil saillant alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur, ayant la forme d'un trapèze ouvert sur sa ligne de base, un trapèze dirigé vers l'intérieur étant relié sur son bord par des surfaces inclinées avec un trapèze dirigé 2 2465511 vers l'extérieur sur le bord opposé. Pour la disposition de toiles filtrantes selon l'invention, conviennent en particulier les t8les et toiles à tamis qui sont constituées d'un alliage de fer, chrome, alumi- nium et éventuellement de cérium ou d'yttrium et éléments accessoires habituels d'alliage ou d'autres matériaux résis- tants à la chaleur et inoxydables à chaud. On peut fabriquer, conformément à l'invention de grandes surfaces filtrantes et catalysantes dont la stabilité est considérablement améliorée et qui donnent une très faible perte de pression. L'objet de l'invention convient comme support et renforcement des catalyseurs destinés à éliminer les produits nocifs des gaz d'échappement des moteurs à combus- tion interne, et comme filtres des matières solides finement dispersées et des gouttelettes de condensat contenues dans le gaz d'échappement. Il est tout particulièrement utilisable pour l'épuration mécanique et/ou catalytique des gaz d'échappement des moteurs Diesel. Cette double fonction peut être exprimée par le terme "Filtre-catalyseur". En conséquence, un autre objet de l'invention réside dans l'utilisation de la disposition de toile filtrante ainsi décrite dans les installations d'épuration du gaz d'échappement des moteurs à combustion interne comme filtre pour les poussières et/ou les aérosols, et/ou comme matrice support des catalyseurs. Les dispositions de toile à tamis suivant l'invention peuvent être garnies par les procédés courants, par exemple par placage électrolytique ou par imprégnation, directe- ment, avec des métaux nobles et/ou non-nobles. Elles peuvent toutefois aussi être façonnées en une matrice porteuse, revêtue d'une matière porteuse courante pour les catalyseurs, que l'on puisse imprégner avec des solutions de métaux catalyseurs actifs. Les différentes couches sont ici recouvertes, sur leurs surfaces, avec un matériau porteur assurant la catalyse, la plupart du temps un oxyde métallique présentant une grande sur- face tel que A1203 actif. Comme additifs assurant la catalyse, on peut encore incorporer dans cet oxyde métallique, les éléments Ce, Zr, Fe, Ni, des terres rares ou une combinaison de ces éléments. La couche-support intermédiaire est alors pourvue par les procédés habituels du catalyseur proprement dit. 2 24655 11 L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans les- quels: - la figure 1 est une représentation explosée des différentes pièces de la disposition des toiles filtrantes métalliques, - la figure 2 est une vue latérale d'une couche de toile filtrante avec son entourage avec indication des points de liaison entre l'entourage et la couche de toile à tamis, ainsi que sa mise en place entre deux couches de recouvrement, et avec illustration schématique du tracé de l'écoulement du gaz d'échappement, (figure 2a), - la figure 3 est une vue en coupe de la dis- position d'une toile filtrante enroulée, perpendiculairement à la direction d'écoulement du gaz d'échappement ainsi que de sa mise en place entre les couches de recouvrement, avec indica- tion des points de soudure frontaux (figure 3a) et, - la figure 4 est une représentation à plus grande échelle d'une couche de toile filtrante plissée avec l'entourage afférent. Comme on peut le voir d'après la figure 1, ce mode de réalisation d'un dispositif à toile filtrante suivant l'invention est constitué alternativement par une couche de t8le de recouvrement 1 lisse et une couche de toile filtrante 2 plissée qui est façonnée de telle façon que si l'on enroule les couches alternées en un cylindre, le gaz d'échappement est obligé de traverser cette toile filtrante et subit ainsi un traitement de filtrage ou de catalyse. Le gaz d'échappement vient ici en contact avec une surface plus grande que ce n'était le cas lorsqu'il passait sans obstacle dans des canaux d'écoulement parallèles. Pour sa consolidation, la toile filtrante est entourée avant d'être formée, sur des bords supérieur et inférieur,avec une feuille de métal 3 que l'on relie, comme le montre la figure 2, par soudage par points, ou soudage à la mollette d'un cordon, ou par brasage, avec la toile filtrante. La figure 2a montre le parcours obligatoire du courant de gaz d'échappement. Pour augmenter la stabilité générale du dispo- sitif à toile filtrante enroulée en un cylindre, les t8les de 6 2465511 recouvrement i sont-, comme le montrent les figures 3y 3a, soli- dement reliées avec les toiles filtrantes 2, 3, entourées par soudure par résistance ou par faisceau d'électrons, ou par brasage, sur les surfaces frontales. Suivant la figure 4, la couche de toile fil- trante métallique plissée 2 présente, sur ses bords 4a, 4b qui se dressent perpendiculairement au plissage, un profil saillant alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur formant un trapèze ouvert sur sa ligne de base; un trapèze ouvert vers l'intérieur 5, c'est- à-dire dirigé vers l'axe central du courant de gaz d'échappement,est toujours relié sur son bord 4a avec un trapèze 6 dirigé vers l'extérieur sur le bord opposé 4b. La position 7 montre l'entourage en forme de U de la couche de toile filtrante. 2 2465511 R E V E N D I C A T I 0 N S ) Dispositif de filtrage avec toile à tamis métallique mécaniquement stable, caractérisé en ce qu'il est constitué alternativement par une couche d'une toile filtrante ondulée ou plissée et une couche de recouvrement plane, close ou perforée, un entourage en forme de U adapté à son profil étant poussé sur la couche ondulée ou plissée, sur deux de ses bords opposés qui se dressent perpendiculairement & l'ondulation ou au plissement, et étant fixé sur elle. 2 ) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de recouvrement plane est constituée par une t8le lisse ou par une toile filtrante métal- lique portant un entourage marginal en forme de U. ) Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les couches sont empilées en un ensemble, ou sont enroulées en une spirale cylindrique, ovale, rectangulaire ou polygonale. ) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les entourages sont soudés ou brasés sur les couches par points ou sur une certaine surface. ) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on soude ou brase frontalement l'ensemble unitaire de couches ou l'enroulement. 60) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que plusieurs couches de toile filtrante superposées sont maintenues sur les bords par un entourage unique. 7 ) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 & 6, caractérisé en ce qu'une couche ondulée présente une forme sinusoïdale, ou la forme d'une développante, ou une forme rectangulaire ou carrée. ) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche plissée présente,sur ses bords qui sont perpendiculaires au plissement, un profil saillant alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur, ayant la forme d'un trapèze ouvert sur sa ligne de base, un trapèze-dirigé vers l'intérieur étant chaque fois relié sur un bord, par leurs surfaces inclinées, avec un tra- pèze dirigé vers l'extérieur sur le bord opposé. 8 2465511 ) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est aménagé avec un agent catalyseur pour l'épuration des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, ou comme filtre pour les pous- sières et/ou aérosols, l'ensemble des tamis étant constitué comme organe porteur pour des catalyseurs.