Brevet FR2515980A1 — publié le 19830513

L'invention concerne les générateurs de-cataly- seurs à l'état de vapeur pour assister la combustion et plus particulièrement des générateurs de ce type qui font barbo- ter un gaz à travers un liquide pour produire la vapeur. La présence de petites quantités d'eau est connue pour avoir un effet catalytique sur la combustion, comme décrit dans "Van Nostrand's Scientific Encyclopedia", qua- trième édition, page 1501 Depuis de nombreuses années, on a utilisé des générateurs de vapeur à barbotage de façon 1 O efficace avec des moteurs à combustion interne Au cours des dix dernières années, des progrès importants ont été réali- sés dans le domaine des générateurs de vapeur à barbotage pour appareils de chauffage ainsi que pour des moteurs à combustion interne Des exemples de tels générateurs sont décrits dans les brevets E U A Ne 3 862 819 et 4 016 837. Les mécanismes exacts par lesquels l'eau assiste la combus- tion ne sont pas complètement compris La combustion est un processus chimique extrêmement complexe On ne sait pas non plus pourquoi le processus de barbotage pour la généra- tion de vapeur donne habituellement de meilleurs résultats que d'autres procédés, les raisons étant jusqu'à présent inconnues. Des chercheurs scientifiques ont effectué des travaux permettant de mieux comprendre les mécanismes assis- tant la combustion Bien que les recherches n'aient pas abouti à une réponse complète concernant les mécanismes catalytiques de l'eau, elles ont permis de découvrir que des générateurs de vapeur du type à barbotage tendent à générer des ions négatifs Elles ont également démontré que les ions négatifs sont en relation avec l'importance de l'assistance obtenue Le problème était ensuite de savoir comment à la fois maximiser et stabiliser la génération d'ions négatifs dans l'appareil à vapeur Ainsi, l'invention réside à la fois dans l'appareil et le procédé de nise en oeuvre de l'appareil pour générer une vapeur riche en ions. L'appareil utilise un conteneur de barbotage qui contient un liquide diélectrique comprenant de l'eau. Une entrée de gaz descend au-dessous du niveau de liquide dans le conteneur, tandis qu'une sortie de gaz part d'un point situé au-dessus du niveau du liquide Une seconde entrée de gaz, située au-dessus du niveau du liquide, ainsi que des étranglements de la première entrée de gaz, règlent le débit de bulles et le débit d'écoulement total de gaz à 9 travers l'appareil Les moyens de production de pression sont branchés pour Etablir une différence de pression entre la première entrée de gaz et la sortie du gaz afin de pro- voquer un barbotage Le procédé d'utilisation exige de mesurer l'admission d'air normal du dispositif de combustion, en un point de raccordement auquel le générateur selon l'in- vention doit être relié Le débit de sortie du générateur est ensuite ajusté par les réglages d'entrée et de recyclage pour correspondre à la quantité mesurée Au cours de ces réglages, le débit des bulles est réglé en même temps pour que passent 5 000 cm 3 plus ou moins 20 %, par heure, pour une consommation de combustible de 100 000 000 de joules par heure Un électromètre, monté dans le circuit de sortie du générateur à proximité du dispositif de combustion, peut être utilisé pour d'autres réglages permettant d'obtenir des valeurs de tension négatives maximales. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif etsur lequel la figure unique est une représentation partiellement schématique du générateur de vapeur à ions selon l'invention. Le générateur selon l'invention fait barboter un gaz, habituellement de l'air ambiant, à travers un liquide il placé dans un conteneur 10 Ce dernier peut être moulé en matière plastique, par exemple en polychlorure de vinyle. Le conteneur 10 est partiellement rempli de liquide il qui est un liquide diélectrique comprenant de l'eau Le liquide il peut être de l'eau désionisée ou distillée Divers addi- tifs ont été utilisés pour abaisser la température de congélation ou pour améliorer l'effet catalytique Une cou- che supérieure non miscible d'un liquide diélectrique ayant une vitesse d'évaporation faible ou négligeable est utilisée comme couche de contrôle pour réduire les éclaboussures par turbulence et pour régler le débit auquel l'eau est évacuée du con-eneur 10 Les liquides surnageants utilisés sont choi- sis pour produire un minimum de mousse et certaines des huiles synthétiques commercialisées se sont révélées appro- priées Ni la couche surnageante ni sa composition parti- culièrr ne sont critiques pour l'invention et la couche n'est pas représentée sur le dessin La présence de sels, de substances alcalines ou d'acides dans le liquide Il réduit la génération des ionis par suite, apparimment, de la dispo- nibilité de charges mobiles et excessives. Ni la dimension du conteneur 10 ni la profondeur du liquide 11 ne sont critiques Le conteneur 10 présente au moins une entrée 12 de gaz et au moins une sortie 14 de gaz L'entrée 12 peu être reliée au conteneur 10 audessus ou au-dessous de la surface 15 du liquide Si l'entrée 12 est branchée au-dessus de la surface 15 comme représenté sur la figure, un conduit 16 doit être raccordé à l'entrée 12 à l'intérieur du conteneur 10 et doit descendre au-des- sous de la surface 13 pour provoquer le barbotage L'entrée 12 est reliée, à l'extérieur du conteneur 10, à une source convenable de gaz, de préférence simplement l'air ambiant. Lorsque l'entrée 12 est reliée à l'air ambiant, il est préférable de raccorder un filtre à air 17 à cette entrée 12, en particulier dans des atmosphères fortement polluées Un filtre éliminant des particules ayant une di- 551 980 mension supérieure à 90 micromètres s'est révélé comme fonctionnant bien Si le filtre est beaucoup moins fin, dans des atmosphères contaminées, le liquide Il finit par perdre sa propriété diélectrique demandée et il doit être remplacé. Si le filtre 17 est beaucoup plus fin, la production d'ions négatifs est habituellement réduite On ne sait pas si ceci est dû à certaines caractéristiques du filtre ou si certai- nes petites particules présentes dans l'air ambiant nor- mal améliorent le fonctionnement. Un robinet 13 est monté dans le conduit aboutissant à l'entrée 12 de gaz, avant ou après le filtre 17, pour réaliser un étranglement réglable participant au réglage du débit de bulles. Une source de pression pour la production de bulles peut être reliéeà l'entrée 12 Cependant, dans la procëdé préféré, une source de pression est reliée à la sortie 14 pour des raisons qui seront indiquées ci-après. La sortie 14 est reliée au conteneur 10 au-dessus de la surface 15 et elle est raccordée a un dispositif 18 de combustion par des conduits 20 et 21 Dans la forme préférée de réalisation et comme représenté sur la figure. une source de pression telle qu'une pompe 22 est raccordée aux conduits 20 et 21 Ainsi, le conduit 20 relie la sortie 14 à l'aspiration de la pompe 22,tandis que le conduit 21 relie le refoulement de la pompe 22 au dispositif 18 de combustion. Une seconde entrée 23 de gaz reliée au conteneur au-dessus de la surface 15 est utilisée pour permettre un réglage du débit volumique d'écoulement de gaz par le conduit 21 vers le dispositif 18 L'entrée 23 est reliée par un conduit 24 et un robinet 25 à une source de gaz telle que l'airambiant, à une admission d'air 26 Un filtre à air 27, analogue au filtre à air 17, peut être utilisé à l'admission 26 Etant donné qcue le gaz d'admission appliqué a l'entrée 23 ne passe pas dans le liquide 11, il réduit la quantité de gaz traversant le liquide 11 à partir de l'entrée 12 et il agit donc sur le débit de bulles. Il est préférable que la quantité de gaz se diri- geant par le conduit 21 vers le dispositif 18 soit réglée par un conduit 28 de régulation ou de recyclage monté entre le conduit 21 et un raccord 30 en T qui relie ensemble le robinet 25, l'admission 26 et le conduit 28 Dans cette forme de réalisation, une autre valve 31 est montée entre l'admission 26 et le raccord 30 Bien que la valve 31 puisse io être une valve réglable, un clapet unidirectionnel fixe, permettant uniquement l'admission, est apparu préférable. Le clapet 31 est utilisé pour s'opposer à tout écoulement de sortie, à partir du refoulement de la pompe 22 à travers l'admission 26 Bien qu'il existe normalement une aspiration nette à l'admission 26, cette aspiration peut fluctuer avec des variations des conditions de fonctionnement et l'utili- sation d'un clapet unidirectionnel 31 permet de compenser un grand nombre de ces variations. Le raccordement du conduit 21 au dispositif 18 de combustion peut être réalisé d'un certain nombre de manières Lorsque le dispositif 18 est une soufflante ou un compresseur pour l'admission d'air de combustion, le conduit 21 peut être raccordé à l'aspiration de cette souf- flante de ce compresseur Le conduit 21 peut également être raccordé par un tube à un point à basse pression adjacent à la zone de combustion du dispositif 18 Un tel point à basse pression est défini comme étant un point proche de la flam- me de combustion, ou de l'air à la pression atmosphérique ambiante est aspiré dans la flamme. Dans des dispositifs de combustion pouvant être commutés de temps à autre, entre des allures de combustion très différentes, il est préférable de relier le conduit 21 au dispositif 18 par l'intermédiaire d'un élément tampon Un élément tampon convenable 35 est une chambre ayant une entrée raccordée au conduit 21, une entrée communiquant avec l'atmosphère ambiante et une sortie raccordée au dis- positif 18 Cet élément tampon 35 a pour but de réduire la turbulence qui apparaîtrait autrement dans le générateur de vapeur chargée d'ions par suite d'accroissements notables de l'aspiration produite par le dispositif 18. Il convient de noter qu'un générateur d'ions selon l'invention est très sensible à un certain nombre de condi- tions Par exemple, si l'air ambiant porte une charge posi- tive nette comme cela peut être provoqué par l'ionisation provenant de moteurs électriques voisins, il faut soit prélever l'air en un emplacement éloigné, soit d'abord neutraliser la charge Les éléments électriquement conduc- teurs du générateur lui-même doivent d'abord être isolés de la masse pour empêcher la neutralisation de l'accumula- tion d'ions négatifs De grandes vitesses et d'autres causes de turbulence se sont révélées également nuisibles pour l'accumulation d'ions négatifs Ainsi, le circuit de la sortie 14 jusqu'au dispositif 18 de combustion ne com- porte avantageusement pas de robinet ou d'autre dispositif analogue d'étranglement, et sa longueur est de préférence inférieure à deux mètres Une configuration préférée pour la pompe 22 est une pompe du type à soufflet plutôt qu'une pale rotative Des pales rotatives produisent à leurs bords une turbulence indésirable. Les dimensions et les orifices des conduits sont choisis pour de faibles vitesses et de faibles débits de barbotage au débit d'écoule- nent demandé rour l'appareil particulier TI semble égalaent que l'appa- reil présente aussi une sensibilité aux champs électriques accumulés entre différentes parties du générateur Pour évi- ter ceci, il est préférable d'utiliser un conduit ayant un circuit à faible impédance électrique et de shunter les éléments électriquement isolants séparant les longueurs de conduits Un conduit convenable est un tube de matière plastique dans lequel une bande de carbone vient de moulage. Il est apparu particulièrement souhaitable d'utiliser un tel tube pour les conduits 20, 21, 24 et 28 Un fil métalli- que 36 relie les conduits 20, 21 et 24 comme montré sur la figure Le fil 36 est un fil conducteur du courant électii- que et il peut être connecté aux conduits 20, 21 et 24 par des colliers de tubes en acier inoxydable ou par d'autres moyens exercant une ferme pression sur les bandes de carbone. D'autres connexions par fils sont de préférence utilisées lorsque le circuit è basse impédance est coupé par des raccords, des accouplements, des robinets ou autres éléments en matière plastique Une forme de réalisation de l'inven- tion, réellement utilisée dans un four industriel, sera décrite dans l'exemple qui suit, EXEMPLE Le dispositif 18 de combustion est un four a vapeur brûlant du fuel-oil N 2 à un débit de 114 litres par heure le conteneur 10 présente une capacité de 15 litres et est réalise en polychlorure de vinyle de 5 mm d'énaisseur et le liquide 11 comprend 11,5 litres d'eau distillée; les conduits 20, 21 et 24 sont en tube de matière plastique commercia isés sous la marque "TYGON" et ayant un diamètre intérieur de 10 mn et un diamètre extérieur de 13 mm, et comportant une bande conductrice de carbone sur toute sa longueur; le filtre à air 17 est un filtre à ouvertures de 90 micromètres; la pompe i 2 est une pompe du type à soufflets en caoutchouc réalisée mntièrement en matière plastique et en caoutchouc et ayant il dte-it nonwÉal de 28 300 crm 3 par heure; les branch ements sur l'entrée 23 sont tels que montrés sur la figure, mais la valve 31 est une valve bi- directionnelle réglable; le fil 36 est un fil électrique en cuivre connecté par des colliers de tuyaux uniquement aux conduits 20 et 21; le branchement sur le dispositif 18 est réalisé par raccordement du conduit 21 à l'aspiration de la souf- flante de combustion. Le fonctionnement de cet appareil sera à présent décrit L'écoulement d'air est mesuré au point de branche- ment sur la soufflante, à l'aide d'une courte longueur du même tube que celui utilisé pour le conduit 21 Le débit mesuré est de 142 dm 3 par heure Le générateur de vapeur ioniséeest ensuiteréglé sans branchement pour produire dans le conduit 21 un débit d'écoulement de gaz d'environ 142 dm 3 par heure. Le générateur de vapeur ionisée est également réglé à l'aide du robinet 13 pour faire passer de l'air à travers le liquide il à un débit égal à environ 5 dm pour 100 000 000 de joules A une allure de combustion de 114 litres par heure, ceci passe à 150 du 3 par heure Le réglage réel est effectué à un débit d'environ 140 dm 3 par heure pour que le conduit 21 soit parcouru par un courant inférieur au débit total de sortie Cette valeur est tout à fait dans la tolé- rance de 20 % allouée En raison de l'interaction, les robi- nets 13 et 25 doivent être réglés ensemble pour qu'on obtienne les débits corrects Le conduit 21 est ensuite branché sur la soufflante de combustion au moyen d'un rac ord en T raccordé à la courte longueur de tube mentionnée prcé- demment Le raccord en T est un adaptateur dans lequel une sonde d'un électromètre du type "Keithley 610 C" est plavee. Le four et le générateur de vapeur ioniséeétant en fonction- nement, les robinets 13 et 25 font l'objet de légères repri- ses de réglage pour que l'électromètre affiche la tension négative maximale Les résultats donnent une économie moyen- ne de 13 % de combustible et une diminution des émissions. Le procédé de fonctionnement de l'invention est sensiblement tel que décrit dans l'exemple ci-dessus Les variations introduites par l'élévation maximum des valeurs affichées à l'électromètre tombent globalement dans la to- lérance de plus ou moins 20 % des débits d'écoulement pré- férés donnés On doit rappeler que la dimension et la posi- tion du branchement sur le dispositif de combustion sont telles que l'air aspiré, lorsque le générateur n'est pas raccordé, doit être d'au moins 5 dm 3 pour 100 000 000 de joules de combustible consommés par heure. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention, l'appareil selon l'invention pouvant notamment être utilisé avec de nombreux types différents de dispositifs de combustion, autres que des fours. 15980 REVENDICATIONS 1 Générateur de vapeur contenant un net excédent d'ions électriquement négatifs, caractérisé en ce qu'il comporte un conteneur partiellement rempli d'un liquide diélectrique comprenant de l'eau, un premier branchement d'entrée de gaz au-dessous du niveau du liquide dans le conteneur, un branchement de sortie partant d'au-dessus du niveau du liquide dans le conteneur et permettant la sortie du gaz, des moyens de production de pression branchés pour établir une différence de pression entre le branchement d'entrée et le branchement de sortie de façon qu'un gaz passe du branchement d'entrée dans le branchement de sortie en traversant le liquide sous la forme de bulles, et un second branchement d'entrée de gaz placé dans le circuit d'écoulement du gaz, au-delà du niveau du liquide, pour réduire de façon déterminée l'écoulement de gaz à travers le liquide sans modifier l'écoulement du gaz dans le bran- chement de sortie. 2 Générateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'au moins ledit branchement de sortie et un élément relié au branchement de sortie sont raccordés l'un a l'autre par un circuit électrique à basse impédance pour éviter l'accumulation relative de charges électriques. 3 Générateur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le second branchement d'entrée de gaz est raccordé au conteneur au-dessus du niveau du liquide dans ce dernier et en ce que les moyens de production de pression comprennent une pompe raccordée au branchement de sortie. 4 Générateur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les moyens de production de pression compren- nent une pompe ayant une aspiration et un refoulement, l'as- piration étant reliée au branchement de sortie et le refou- lement étant relié audit élément raccordé au branchement de sortie, le générateur comprenant en outre un conduit de recyclage qui raccorde cet élément à un point précédent la- dite pompe et suivant le niveau du liquide dans le circuit d'écoulement du gaz à travers le générateur. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit point est le second branchement déntrée de gaz, ce second branchement d'entrée de gaz communiquant en outre avec l'air ambiant par une valve d'entrée unidirec- tionnelle. 6 Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit de recyclage comporte un autre bran- chement d'entrée provenant de l'air ambiant et en ce que cet autre branchement d'entrée comporte une valve d'entrée uni- directionnelle, le conduit de recyclage comportant une valve réglable située entre ledit point et l'autre branchement 515 d'entrée. 7 Procédé de production de vapeur catalytique ionisée pour une zone de combustion, caractérisé en ce qu'il consiste à remplir partiellement uin conteneur fermé, compor- tant au moins un branchement d'entrée et au moins un branche- 2,3 ment de sortie, d'un liquide diélectrique comprenant de l'eau, à faire barbooer de lair ambiant à travers ce liquide, du branchement d'entrée vers le branchement de sortieàa un débit de 5000 cm, p'us ou moins 20 % pour 1 OO O 00 000 de joules Je combustible consjronc-?e dars parladite one, f utiliser un conduit d'entr e vers la zone de combustion, en un point et d'unc façon tels que la consoimation de l'air ambiant passant par ce conduit est au moins aussi grand que ledit débit lorsque ien n'est relié audit conduit,?'et à rac- corder le branchement de sortie audit conduit d'entrée. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une pompe est utilisée pour produire ledit barbotage et en ce qu'il consiste en outre à commander le barbotage par l'établissement d'un circuit réglable d'écoulement d'air vers l'aspiration du la pompe, ce circuit ne passant pas par le liquide. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à mesurer le potentiel de la vapeur catalytique au moyen d'un électromètre et à régler-le circuit d'écoulement d'air pour l'obtention d'une tension négative maximale. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en qu'il consiste en outre à filtrer l'air arrivant dans le branchement d'entrée pour en éliminer des particules ayant une dimension supérieure à environ 90 micromètres.