Brevet FR2663865A1 — publié le 19920103

DISPOSITIFS DE TRAITEMENT ELECTROSTATIQUE DE FLUIDES ET CIRCUITS D'ALIMENTATION EN CARBURANT DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE UTILISANT DE TELS DISPOSITIFS L'invention concerne un dispositif de traitement électrostatique des fluides utilisés notamment pour le traitement des eaux et pour le traitement des carburants de moteurs à combustion interne. Une cellule de traitement électrostatique comporte un corps de circulation de fluide et au moins une électrode de charge sous haute tension présentant une surface de contact avec le fluide à traiter. Des exemples de cellules connues sont donnés entre autres dans le brevet US n 4 073 712 qui montre une électrode de charge constituée d'une âme métallique cylindrique recouverte d'une couche de matière isolante et dans la demande de brevet WO 85/05289 qui montre une électrode de charge formée d'une spirale de fil conducteur isolé du fluide à traiter. Dans les deux cellules présentées ci-dessus, le fluide à traiter s'écoule le long des électrodes de charge selon un passage sensiblement cylindrique laissé au fluide pour ne traiter de façon véritablement efficace que les couches directement en contact avec les électrodes, les couches éloignées de l'électrode n'étant pas ou insuffisamment traitées. L'invention a pour but d'améliorer l'efficacité du traitement électrostatique des fluides et notamment d'éviter l'inconvénient mentionné ci-dessus. Plus particulièrement, l'invention propose un dispositif de traitement électrostatique de fluides, du type comportant un corps de circulation du fluide et au moins une électrode de charge présentant une surface de contact avec le fluide à traiter, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de brassage des couches de fluide au voisinage de ladite surface de contact avec le reste du fluide s'écoulant dans ledit corps, de préférence de façon turbulente. Selon un premier mode-de réalisation de l'invention, les-moyens de brassage sont constitués par des déflecteurs--et-mélangeurs statiques disposés le long de ladite surface de contact de l'électrode pour générer des déplacements de fluide transversaux à l'écoulement principal -du fluide traiter. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de brassage sont du type rotatif mus par des moyens d'entraînement extérieurs. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de brassage sont intégrés à la paroi de l'électrode. Avantageusement l'électrode est du type à paroi tubulaire pourvue de projections radiales internes destinées à favoriser 1 'écoule- ment. Dans un mode particulier de réalisation de cette variante, la paroi tubulaire de l'électrode réalisée en matériau diélectrique est entourée d'une enveloppe externe isolante pour former un compartiment clos empli d'un liquide conducteur destiné à être relié à une source haute tension. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comporte des moyens de circulation forcée du fluide pour maintenir un écoulement turbulent du fluide le long de ladite électrode, notamment une pompe montée en dérivation sur le corps du dispositif. L'invention concerne également des circuits d'alimentation en carburant de moteurs à combustion interne (par exemple pour moteurs essence ou diesel de véhicules automobiles) utilisant les dispositifs de traitement électrostatiques de carburant selon l'invention. Selon une première variante de circuit d'alimentation selon l'invention le circuit comporte un dispositif de traitement électrostatique avec~ une -pompe de -recirculation de fluide disposée en dérivation sur le corps du dispositif , ledit dispositif étant monté entre le réservoir à carburant et le moteur sur l'une des deux conduites, conduite-aller et conduiteretour. Selon une seconde variante de circuit d'alimentation selon l'invention le l'invention circuit comporte un dispositif de traitement électrostatique monté en circu-it fermé sur le réservoir à carburant avec une pompe de circulation forcée disposée en série.- Selon une troisième variante de circuit d'alimentation selon l'invention le circuit comporte un dispositif de traitement électrostatique monté entre le réservoir à carburant et le moteur sur l'une des deux conduites, conduite-aller et conduite-retour, avec une pompe à fort débit disposée en série par rapport au corps du dispositif. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de traitement électrostatique de fluide selon l'invention, la figure 2 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation d'un dispositif de traitement électrostatique de fluide selon l'invention, la figure 3 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif de traitement électrostatique de fluide, la figure 4 est une -représentation schématique--d'une coupe radiale du dispositif illustré à la figure 3, et la figure 5 est une représentation schématique de cinq variantes de circuits d'alimentation en carburant pour moteurs à combustion interne selon l'invention et incorporant des dispositifs de traitement électrostatique de carburant. Le dispositif de traitement électrostatique illustré à la figure 1 comporte un corps tubulaire cylindrique 12 d'axe XX'. Le corps présente deux orifjces-1#et16 de raccordement au circuit de fluide à traiter, un circuit d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à titre d'exemple non limitatif. Le corps 12 est de préférence en matériau diélectrique tel que le polychlorure de vinyl (PVC) ou le polytétrafluoréthylène (PTFE). Disposé coaxialement au corps 12, se trouve une électrode 18 dite de charge ou émissive de charges, constituée d'un tube métallique 20 convenablement relié à la haute tension HT et recouvert d'une couche de matière isolante 22, par exemple un polymère. Dans le dispositif présenté avec un corps en PVC, le liquide à traiter est mis à la masse générale de l'installation (qui est également la masse du générateur HT) par une conduite métallique 26 reliant le corps à l'orifice de sortie 16. Selon l'invention, on dispose le long de la surface de contact 24 de l'électrode 18 et le fluide des moyens de brassage des couches de fluide voisines de cette surface en contact. Dans le mode de réalisation de l'invention ici décrit à titre non limitatif, les moyens de brassage (représentés schématiquement en 28) sont constitués par des déflecteurs et mélangeurs statiques (par exemple et-de façon non limitative-du type à ai lettes hélicoïdales montées ou non avec -un- -décalaae -angulaire de 90.). Par rapport à l'écoulement principal du fluide à traiter (selon l'axe XX' de l'électrode) les déflecteurs statiques 28 ont pour effet de générer des déplacements transversaux vers et à partir de la surface de contact 24 (tels que schématisés à la figure 1 par les petites flèches 30). De façon optionnelle, une pompe de recirculation 32 du fluide à traiter est disposée en dérivation sur une conduite 34 entre les conduits d'amenée 25 (flèche Fl)- et de sortie 26 (flèche F2) La mise en oeuvre de la cellule de traitement qui vient d'être décrite se fait de la façon suivante. Une différence de potentiel élevée (5 à 10 KV pour les fluides aqueux, 30 à 50 KV pour les carburants) est appliquée entre l'âme métallique 20 de l'électrode 18 et le fluide à traiter par l'intermédiaire de la conduite 26 reliée à la masse de l'installation. Il se produit un phénomène de surface entre l'isolant-polymère 22 de la surface de contact 24 et le fluide à traiter. Avec ou sans tension, le contact entre le fluide à traiter et l'électrode 18 fait apparaître une double couche qui est due aux phénomènes d'absorption préférentielle. Cette double couche est composée d'une couche compacte accolée à la paroi isolante 22, dont l'épaisseur est toujours extrêmement faible (de l'ordre du rayon ionique) et d'une couche diffuse dont la dimension, liée à la conductivité, peut varier d'une fraction de micromètre, dans le cas des solutions aqueuses, à plusieurs centimètres dans le cas d'hydrocarbures très purifiés ou de gaz liquéfiés. Lors de la mise sous tension de l'électrode, -le revêtement diélectrique est soumis à un champ électrique insuffisant pour provoquer sa détérioration, mais suffisamment fort pour entraîner la migration de charges électriques dans les impuretés du réseau cristallin du diélectrique. Cette migration provoque un phénomène de surface en contact entre cette couche isolante et le fluide à traiter. Ce phénomène de surface se traduit par l'apparition d'une densité de charges à l'interface polymère-fluide dans la double couche. Cette densité de charges provoque une concentration d'ions dans la couche diffuse, concentration qui a pour eftet d'accélérer, dans le cas du traitement de l'eau, les réactions de cristallisation de germes CaC03 (élévation des ions bicarbonate C03H-, hydroxyle OH- et de calcium Ca++ dans la couche en contact avec le polymère). D'une autre façon, dans le cas des produits pétroliers, la pulvérisation des carburants de moteurs à combustion interne fait appel au phénomène de transport de charges électriques et de polarisation par écoulement et par contact d'un diélectrique liquide. Les mélangeurs statiques 28 selon l'invention améliorent l'efficacité du traitement par une division de l'écoulement, un balayage transversal et un brassage constant des couches doubles traitées électriquement et présentes le long de la surface de contact 24 avec le couches plus éloignées de l'électrode et permet de diminuer sensiblement la longueur de celle-ci. On obtient un mélange homogène entre les couches traitées électriquement et le reste du fluide à traiter. Pour augmenter l'effet de brassage ou de mélange l'effet de charge électrique du fluide, il importe que l'écoulement dans la cellule de traitement se fasse en régime turbulent. Dans le cas, notamment dans les circuits d'alimentation en carburant, où l'écoulement de fluide à l'orifice de sortie 16 estinsuffisant pour assurer un régime turbulent, il est prévu en sortie de dispositif de traitement une recirculation rapide et forcée du fluide selon les flèches F3 - > F4 grâce à -la pompe 32 montée en dérivation. Il est à noter que dans le cas de circuit de carburant où le débit de carburant consommé par le moteur est relativement faible par rapport au débit de la pompe de circulation, cette dernière peut être également montée dans l'autre sens de circulation. Bien entendu sans sortir de cadre de l'invention les mélangeurs statiques peuvent prendre diverses formes, par exemple dièdres, éléments hélicoïdaux, obliques ou croisés avec ou sans canal d'écoulement croisés engendrant un brassage radial intense. Dans une variante non représentée l'électrode émissive de charges se présente sous la forme d'un tube métallique isolé sur sa paroi interne et dans lequel s'écoule le fluide à traiter, l'intérieur du tube recevant les moyens déflecteurs et mélangeurs statiques. De même dans une autre variante non représentée de l'invention, l'électrode de charge est constituée par du fil conducteur (en spirale, en pelote ou en réseau maillé) enrobé d'une couche diélectrique isolante (PTFE ou FEP par exemple). Le dispositif de traitement électrostatique illustré à la figure 2 comporte un corps cylindrique aplati 52 d'axe YY'. Les extrémités circulaires du corps portent deux électrodes émissives (en particulier des disques métalliques à ouverture centrale 54, 56) convenablement reliées à la haute tension HT et recouvertes d'une couche de matière isolante 58, 60 de façon à réaliser deux surfaces de contact avec le fluide à traiter contenu à l'intérieur du corps 52. De façon transversale au corps 52, sont prévus deux orifices de raccordement, un orifice d'entrée 62 (flèche F'1) convenablement relié à la masse de l'installation et un orifice de sortie 64 (flèche F'2).Selon l'invention le dispositif est pourvu de moyens de brassage rotatifs (dans le cas présent donné à titre limitatif, une roue à quatre aubes 68 montées sur un axe de rotation 70 (coaxial à l'axe YY') mu par un moteur électrique 72. La représentation schématique de la figure 2 ne montre pas les aubes 68 dans leur vrai dimension, dans la pratique celles-ci ont une forme allongée, plus longue que large; de préférence la largeur des aubes 68 est voisine du diamètre des orifices d'entrée 62 et de sortie 64.Bien entendu sans sortir du cadre de l'invention, il est prévu de modifier le nombre et la forme des aubes (profil hélicoîdal, aubes ajourées, utilisation de palettes, etc...) de façon à créer un régime d'écoulement turbulent à l'intérieur du corps 52 et un brassage avec une composante axiale (selon les directions YY' ou Y'Y) pour obtenir un mélange homogène des couches traitées électriquement voisines des surfaces de contact circulaires 58 et 60 des électrodes avec le reste du fluide à traiter. Le dispositif de traitement électrostatique de fluides illustré schématiquement à la figure 3 est donné à titre d'exemple non limitatif d'un mode de réalisation de l'invention dans lequel les moyens de brassage du fluide sont intégrés à l'électrode ellemême Plus particulièrement l'électrode de charge est de type tubulaire traversée par le fluide à traiter. Dans ce cas l'électrode fait également fonction de corps du dispositif. Le dispositif se compose ainsi d'un tube central 74 en matériau diélectrique tel que du verre, du PTFE ou du FEP (copolymère tétrafluoréthylène - fluoroprène) débouchant vers deux orifices de passage du fluide (amenée et/ou sortie) 76 et 78, dont l'un, (l'orifice 78), est convenablement relié à la masse de l'installation. De façon déjà présentée ci-avant, une pompe de recirculation forcée 80 est montée sur une conduite de dérivation 82 entre les deux orifices 76 et 78 de part et d'autre de la cellule de traitement électrostatique. Comme illustrée sur les figures 3 et 4, la paroi du tube central 74 est pourvue de projections radiales internes 84 (dans le cas particulier des pointes), éventuellement décalées les unes aux autres le long du tube central, pour favoriser l'écoulement du fluide à travers l'électrode. Dans l'exemple illustré, les pointes 84 sont au nombre de quatre pour une même section du tube 74 (voir figure 4). Le tube central 74 est entouré d'une enveloppe externe isolante 86 pour former un compartiment clos 88 empli d'un liquide conducteur (tel que l'eau, une solution électrolytique, etc) convenablement relié à la source haute tension.Il est à noter que le liquide conducteur permet une bonne répartition et migration des charges le long de la paroi 74 de l'électrode émissive de charges ainsi constituée, ladite paroi 74 faisant office de surface de contact avec le fluide à traiter La figure 5 montre cinq variantes (5a à 5e) de circuits d'alimen- tation en carburants de moteurs à combustion interne avec dispositif de traitement électrostatique du carburant (par exemple essence ou diesel). Dans les cinq schémas de circuit présentés, la référence R indique le réservoir de carburant, la référence M le moteur à combustion, la référence CT le dispositif ou cellule de traitement électrostatique d'un des types décrits ci-avant et la référence P la pompe de circulation forcée.Par ailleurs la référence 90 concerne la conduite aller du fluide du réservoir R vers le moteur M, la référence 92 concerne la conduite retour du fluide du moteur vers le réservoir R, la référence 94 concerne une conduite de dérivation sur la conduite aller 90, la référence 96 concerne une conduite de dérivation sur la conduite retour 92 et la référence 98 concerne une conduite de circuit fermé sur le réservoir R. Les circuits Sa et 5b de la figure 5 montrent le dispositif de traitement CT et la pompe de recirculation forcée P en dérivation respectivement sur la condute aller 90 et sur la conduite retour 92 (l'autre conduite ne comportant pas de modification par rapport à un circuit d'alimentation classique). Il est à noter que la pompe P peut fonctionner dans les deux sens. Le circuit 5c de la figure 5 illustre le cas d'un montage en circuit fermé 98 sur le réservoir R d'un dispositif de traitement et d'une pompe de circulation fermée. Enfin les circuits 5d et Se montrent le montage en série des dispositifs de traitement CT et de la pompe de circulation forcés P en série sur la conduite aller 90 et la conduite retour respectivement; dans ces deux cas le débit de la pompe doit être sensiblement augmenté (double flèche sur les figures 5d et 5e) pour obtenir en écoulement turbulent et un traitement efficace. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de traitement électrostatique de fluides, du type comportant un corps (12, 52) de circulation du fluide et au moins une électrode de charge (18, 54-56) présentant une surface de contact (21, 58-60, 74) avec le fluide à traiter, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de brassage (28, 66, 84) des couches de fluide au voisinage de ladite surface de contact (22, 58-60) avec le reste du fluide s'écoulant dans ledit corps (12, 52) de préférence de façon turbulente. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de brassage (28) sont constitués par des déflecteurs et mélangeurs statiques disposés le long de ladite surface de contact (22) de l'électrode pour générer des déplacements de fluide transversaux à l'écoulement principal du fluide à traiter. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de brassage (66) sont du type rotatifs, par exemple à aubes (68) ou à palettes mus par des moyens d'entraînement extérieurs (72). 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de brassage (84) sont intégrés à la paroi (74) de l'électrode. 5/ Dispositif selon la revendication 4, du type à électrode tubulaire traversée par le fluide à traiter, caractérisé en ce que la paroi tubulaire (74) est pourvue de projections radiales (84) internes destinées à favoriser l'écoulement turbulent du fluide à travers l'électrode. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la paroi tubulaire (74) de l'électrode réalisée en matériau diélectrique est entourée d'une enveloppe externe isolante (86) pour former un compartiment clos (88) empli d'un liquide électriquement conducteur, par exemple d'eau ou d'un électrolyte, le liquide conducteur étant destiné à être relié à une source haute tension HT. 7/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de circulation forcée (32, 34) du fluide pour maintenir un écoulement turbulent du fluide le long de ladite électrode (18). 8/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de circulation forcée comportent une pompe (32) montée en dérivation sur le corps (22) dudit dispositif. 9/ Circuit d'alimentation en carburant de moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon la revendication 8 avec pompe de recirculation de fluide P disposée en dérivation sur le corps du dispositif CT, ledit dispositif CT étant monté entre le réservoir à carburant R et le moteur M sur l'une des deux conduites, conduite-aller 90 et conduite-retour 92. 10/ Circuit d'alimentation en carburant de moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon la revendication 7, ledit dispositif CT étant monté en circuit fermé 98 sur le réservoir à carburant R avec une pompe de circulation forcée P disposée en série. 11/ Circuit d'alimentation en carburant de moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon la revendication 7, ledit dispositif étant monté entre le réservoir à carburant R et le moteur M sur l'une des deux conduites, conduites-aller 90 et conduite-retour 92, avec une pompe à fort débit P disposée en série par rapport au corps du dispositif CT.