Brevet FR2517743A1 — publié le 19830610

Certains gaz toxiques, tels deux d'échappement des moteurs au tomobiles où coexistent notamment oxyde de carbone, oxydes d' azote, hydrocarbures imbrûlés etc... sont courants et. nuisibles à la vie. L'air peut aussi être pollué par des traces de combustibles tels l'essence, le gaz de ville, les solvants combustibles, le méthane, l'hydrogène etc créant ainsi les atmosphères dites 'bxplosibles", sources d'explosions. Purifier l'atmosphère polluée, d'une ou l'autre sorte, est sou vent néoessaire. Assainir l'air ambiant est à l'videnoe sou haitable, obligeant par là à dépolluer les gaz d'échappement des moteurs automobiles. De leur c8t4, les atmosphères explo sibles obligent à doter de dispositifs dits "de sécurit4" les matériels dangereux qui y fonctionnent et peuvent engendrer étincelles ou températures élevées. Or, l'un au moins de ces dispositifs de sécurité, de la classe " à surpression interne de gaz inerte" emploie d'importants volumes de gaz inerte ha bituellement stockés en récipients dont,volume et autonomie réduite, sont redoutés.Crier ce gaz inerte, en purifiant 1' t atmosphère explosible, grace à un dispositif compact, serait en ce cas avantageux. On sait, d'autre part, purifier tous ces gaz dangereux par con tact bref avec des catalyseurs connus, qui sont parfois com muns à plusieurs oas, tels les platinoïdes polyvalents. Mais on sait aussi que de telles oatalyses ne sont effectives qu'à partir de températures de l'ordre de 40000 à 600 C, selon les cas. De ceci déroule l'inefficacité des pots catalytiques dé polluant les automobiles pendant les périodes du ddmarrage, où pourtant la pollution est maximale et critique en regard de I certains réglements. De même, la conversion en gaz inertes des atmosphères explosibles, par catalyse, requiert échauffe ment avant, et refroidissement après.Dans les faits, les prix et encombrements excessifs des installations nécessaires ont fait survivre les réserves de gaz inertes. avec leurs d défauts. Le dispositif de l'invention a pour objet la dépollution des gaz cités, pris à température ambiante si besoin, et rendus à température voisine, après catalyse, aux températures appfo- priées, ceci par emploi de machines compactes connues, et de fabrication trèstolassique. Ce dispositif est earactérisd par la cascade des actions suivantes échauffement rapide par com pression polytropique, contact bref avec les catalyseurs spé cifiques dûment conditionnés, puis détente, jusqu'à la pression initiale, qui crée le refroidissement, sauf si la destruction des polluants crée trop d'énergie, exigeant alors prélèvement sur la machine de travail utile, de chaleur, ou des deux.Ce peut être le cas de certaines atmosphbres explosibles qui sont des gaz combustibles. Une caractéristique secondaire de l'invention consiste à réa liser les opérations précitées par admission des gaz dangereux dans un moteur Diesel entraidé, sans injection, et dont la chambre de combustion est revêtue de catalyseurs appropriés, dAment conditionnés par les moyens connus à ce jour. Le taux de compression du dit moteur étant adapté aux températures de catalyse optimales des gaz traités. La vitesse d'entratnement Au dit moteur, conjuguée avec sa cylindrée, définit le débit du convertisseur en gaz traités. Seul, le régime antratnela durée de la catalyse que le spécialiste peut fixer à un minimum nécessaire, lié aux catalyseurs employés. La surface de oatalyse sgit conjointement à la durée, et,comme elle, aussi tous les moyens connus de l'augmenter améliorent l'efficacité du convertisseur, ce sont notamment : rapport d?.la course à l'alésage réduit jusqu'à-moins de 0,6, re tour aux soupapes latérales libérant la chambre de combustion, piston de transfert du type STIRLING, transvasant par un ct- euit extérieur, équipé pour la catalyse, les volumes partiels en fin de compression de la chambre de combustion, adoption de chambre de combustion subdivisée... On sait d'autre part que, souvent, les diesels comme les autres moteurs thermiques, permettent un léger passage direct des gaz aspirés vers l'échappement. Le refroidissement de la chambre de combustion en est une raison. Dans le cas de l'in vention, une telle particularité entrainerait le risque de laisser non traités une partie des gaz dangereux; elle doit être soigneusement évitée. On en connaît les moyens, notamment en 4 temps, par suppression du "croisement de soupapes", en 2 temps à lumières, par placement des lumibres d'admission, doublées de clapets, avant les lumières d'échappement, ce qui en outre crée une détente prolongde avec meilleur refroidisse- ment associé des gaz traités... L'emploi du convertisseur de l'invention bénéficiant d'une intégration aux machines qu'il complets pourFson entraine- ment, on peut signaler pour exemple t l'entraînement par embrayage piloté, à partir d'un moteur dépollué, entratnement par moteur électrique alimenté par lee batteries d'un véhioule desservi, ussage d'accumulateurs hydrauliques ou pneumatiques avec moteurs correspondants ai ces énergies existent, un cylindre de volume spécial, mis hors service par fermeture de l'aspiration, peut être envisagé sur un moteur, appareillage obligatoirement "de sécurité" pour le traitement d' atmosphères explosibles etc... I1 va sans dire que l'invention s'étend aux applications directes qu'elle permet avec quelques améliorations de détail; ce sont par exemple : l'association du convertisseur de l'in vention en série avec le pot catalytique dépolluant les gaz d'échappement du moteur automobile et mis hors service, par vanne ou olapet, en réponse à la détection d'une température suffisante du dit pot catalytique; ce peut être aussi l'as- sociation du moyen précédent avec un petit compresseur d'air améliorant, par dilution légère, les conditions de la catalyset de même pour la génération de gaz inerte en partant de gaz explosibles, le convertisseur peut être. asservi à la pres sion du gaz inerte protégeant un matériel dangereux, une pres sien seuil réglementaire atteinte déclenchant sa mise en marche par l'entratnement choisi; une dernière application simple et préférée de l'invention à la génération de gaz inerte à partir de gaz explosible, consiste à traiter le gaz explosible dans un moteur dont le taux de compression est augmenté jusqu'à provoquer la combustion des traces combustibles sans même adjonction de catalyseurs puzzle moteur, le taux de compression pouvant atteindre, si besoin, des valeurs de 25 à 30, les risques de marche en moteurs étant écartés par frein centrifuge, frein récupératif par génératrice - frein électrique etc... les risques de température excessive 1' étant parun éventuel refroidisseur. La réalisation du dispositif de l'invention ne met en Jeu que les connaissances classiques du spécialiste de la catalyse et celles du motoriste. On sait qu'une'ohambre de combustion de moteur se prête au revêtement de ses faces par des supports de oatalyseurs qui peuvent être t granulés soudés, placages frittés, nids d'abeilles soudés ou collés, et tous autres moyens connus de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1/ Dispositif formant convertisseur de dépollution et carac térisé par l'application à un gaz pollué, par le jeu de matériels classiques et compacts, de la cascade d'actions suivantes : compression polytropique rapide, depuis la pression atmosphérique jusqu'à atteindre 4000c/ à 600Ce/, et, de toute façon, la température optimale de la cataly se à réaliser, puis contact bref du gaz comprimé et chaud avec le catalyseur connu approprié aux polluants à détrui re, et enfin détente à la pression atmosphérique. 2/ Dispositif selon la revendication 1/, constitué d'un mo teur Diesel entraîné', dont l'injection est supprimée, et où la chambre de combustion'est revêtue de catalyseurs ap propriés aux besoins de la pollution, la cylindrée et le régime du moteur étant adaptés au volume des gaz à trait et à la durée minimale de la catalyse. 3/ Dispositif selon 2/ où l'importance relative de la surfa ce de la chambre, en regard de son volume, est rendue ma ximale par les moyens connus à la disposition de l'homme de l'art, notamment: 3,1 par réduction du rapport de la course à l'alé jusqu'à jusqu'à une valeur égale ou infé- rieure à 0,6 3,2 par retour aux distributions à soupapes latéra les qui libèrent toit de culasse et tête de piston 3,3 pal adoption de chambres de combustion très sub divisées 3,4 par emploi du transfert de type STIRLING qui ef fectue, vers le point mort de compression,-le transvasement, par circuit extérieur revetu de catalyseurs, des deux volumes partiels créés dans la chambre de combustion. 4/ Dispositif conforme aux revendications 2/ ou 3/ caracté risé par ce que le moteur est protégé contre les passages directs de gaz admis vers l'échappement, par tous les moyens connus dont dispose l'ingénieur, notamment t 4,1 par suppression du croisement de soupapes en"4 'temps" 4,2 par lumières d'admission contrôlées par clapets et découvertes avant les lumières d'échappement en "2 temps à lumières 5/ Dispositif conforme aux revendications 1/ ou 2/ ou 3/ ou 4/caractérisé par cequ'il est protégé contre la libéra tion excessive d'énergie mécanique ou thermique pendant la catalyse, par les moyens connus', tels : les freins, centri fuge ou électrique pour l'énergie mécanique, ou tout type de refroidisseur pour l'énergie thermique. 6/ Dispositif conforme aux revendications 1/ ou 2/ ou3/ ou4/ ou 5/caractérisé en ce que son entrainement, aux moments voulus, fait appel directement à l'installation qu'il a mission de traiter, ou à ses servitudes. Ce peut êtra no tamment: it1 entrainement du dispositif de l'invention par le moteur à dépolluer, à travers un embrayage enga gé quand les températures d'échappement sont in suffisantes, et inversement 6,2 entrainement du dispositif de l'invention par moteur électrique dûment asservi et alimenté par les batteries de l'installation traitée 6,3 adjonction à un moteur traité d'un cylindre com plémentaire de cylindrée augmentée, en vue de former le convertisseur de l'invention, que la commande de fermeture de l'aspiration peut met tre hors circuit 6,4 entrainement du dispositif de l'invention par moteur pneumatique ou hydraulique dAment asser vi, lorsque l'installation à traiter comporte au moins l'une ou l'autre de ces énergies ste ckée 7/ Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé parce que, étant employé à la dépollution des gaz d'échappement d'une automobile compor tant par ailleurs un pot catalytique de dépollution habi tuel, quand les températures de régime sont atteintes, il est automatiquement mis hors circuit par clapet, en répon se à la détection de température, et inversement. 81 Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, et caractérisé parce que les gaz à traiter sont préalablement dilués dans un apport d'air frais four ni par pompage dans l'ambiance par tout moyen connu. 9/ Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes 1/, 2/, 3/, 4/, 5/, employé à-la pollution d'une atmosphère explosible en vue de fournir en gaz une installation de sécurité "à surpression interne de gaz inerte", etcaractérisé parce que le débit du gaz fourni est asservi à la dite surpression interne, une valeur de seuil basse déclenchant ce débit, la valeur de seuil hau te l'arrêt.