Brevet FR2693382A1 — publié le 19940114

FILTRE POUR EPURATION DES FUMEES DE MOTEURS, NOTAMMENT DE MOTEURS DIESEL L'invention concerne un filtre pour l'épuration des fumées de moteurs, plus particulièrement de moteurs Diesel. On sait que les moteurs Diesel ont tendance à émettre des fumées très chargées en poussières. Ces poussières sont généralement des particules carbonées submicroniques. Ces poussières sont salissantes mais en plus il a été montré qu'elles pouvaient être toxiques. L'épuration des fumées de moteurs Diesel est de ce fait un problème important. On a proposé des filtres à cet effet qui sont généralement des structures en nids d'abeilles à parois filtrantes, en matière céramique. Ces filtres, bien qu'efficaces, présentent néanmoins un inconvénient au niveau de leur régénération en service. En effet, pour brûler les particules collectées, il est nécessaire de porter le filtre à des températures élevées qui sont préjudiciables à la bonne tenue des matériaux constituant le filtre. Certes, on connait des additifs pour carburant dont le rôle est de diminuer la quantité de particules produites par le moteur et aussi d'abaisser la température nécessaire au brûlage de ces particules, grâce à une action catalytique des résidus de ces additifs. Ces résidus sont des oxydes métalliques et les additifs sont décrits notamment dans les b;evets US 2 622 671, US 4 568 357, US 4 655 037. Lorsqu'on utilise des carburants comprenant ces additifs, il y a accumulation progressive des résidus dans le filtre, ce qui oblige à remplacer celui-ci au bout d'un temps relativement bref. L'objet de l'invention est de résoudre ce problème en offrant un filtre permettant une élimination efficace et facile de ces résidus. Dans ce but, le filtre, selon l'invention, pour 1 épuration de fumées de moteurs, est caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de tubes filtrants et un flasque fermant les extrémités d'un même côté d'au moins une partie des tubes. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention, seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'un filtre selon l'invention; - la figure 2 est une vue de face d'un flasque de fixation de tubes d'un filtre selon l'invention; - la figure 3 est une vue de face d'un flasque de fixation de tubes d'un filtre selon un autre mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue de face d'un flasque fermant les extrémités de tubes d'un filtre selon l'invention. Si on se refèrz à la figure 1, le filtre de l'invention est constitué d'un faisceau de tubes filtrants (1). Ces tubes sont maintenus fixés dans des flasques (2), le tout pouvant être disposé dans une cartouche ou un boitier (3). Les extrémités d'un même côté des tubes sont fermées par un flasque (4). Ce flasque (4) est monté de telle manière qu'il puisse être séparé du faisceau des tubes lors du nettoyage de ceux-ci. Il est à noter que, selon les différents modes de réalisation de l'invention, le flasque (4) fermant les tubes peut être solidaire du faisceau de tubes (1) Dans un tel cas, le flasque (4) peut être maintenu solidaire du faisceau de tubes par l'intermédiaire d'un flasque de fixation 2 par exemple, et par tout moyen connu. Le flasque 4 peut aussi être monté rotatif par rapport au faisceau de tube, celui-ci étant maintenu fixe, ou réciproquement. On peut aussi imaginer un montage dans lequel les deux sont rotatifs l'un par rapport à l'autre. Dans un cas comme celui de la figure 1, le flasque (4) est monté autour d'un axe central (5) plein ou creux qui dans ce dernier cas peut être fermé par un bouchon (11). Toujours comme dans le cas de la figure 1, on peut concevoir un système dans lequel le faisceau de tubes est fixe et le flasque fermant (4) est monté sur l'axe (5). Afin d'assurer une obturation étanche des tubes par le flasque (4), on peut prévoir un système à ressort. Un ressort peut être ainsi monté autour de l'axe (5) et s'appuyer par une de ses extrémités, sur une rondelle d'appui fixée sur cet axe par collage ou à l'aide d'une goupille. L'autre extrémité du ressort agit par l'intermédiaire d'une entretoise sur le flasque (4), ce qui permet de placer le ressort en zone froide. Les tubes formant le faisceau peuvent être en nombre quelconque. De même, ils peuvent aussi être disposés d'une manière quelconque. La figure 2 illustre un mode de réalisation dans lequel les tubes sont disposés en montage rayonnant, par rapport à un axe central, auquel cas le flasque (2), par exemple circulaire, est muni d'encoches ou d'orifices (6) dans lesquels viennent se loger les tubes (1). La figure 3 illustre un autre mode de réalisation permettant un montage à densité maximale dans un espace cylindrique. Les orifices (6) ne sont plus distribués le long de rayons du flasque (2) mais le long des cordes de la circonférence de celui-ci. Le flasque fermant (4) peut être plein ou bien comme cela apparaît sur la figure 4, il peut présenter des orifices (7) destinés à venir en regard de l'extrémité dune partie des tubes filtrants. Dans ce dernier cas, les orifices (7) devront être disposés d'une manière telle que par déplacement du flasque fermant (4), et plus particulièrement par rotation, l'extrémité de chaque tube peut au moins une fois pendant toute la durée du déplacement venir en regard d'au moins une ouverture. Par exemple, si les tubes sont disposés en montage radial, on pourra prévoir sur un rayon du flasque fermant (4) un ensemble d'orifices (7) disposé de la même manière. Pour un montage rotatif du faisceau ou des flasques, ceux-ci sont pourvus d'une ouverture centrale (12) pour le passage de l'axe. En ce qui concerne la nature des matériaux utilisés, les tubes filtrants pourront être constitués en toute matière susceptible de satisfaire aux conditions qui suivent. Ils doivent pouvoir retenir au moins 85%, de préférence au moins 90%, des particules des fumées de Diesel et des résidus d'additifs. Ils doivent par ailleurs entraîner une perte de charge minimale. Ils doivent pouvoir en outre résister à des pointes de température pouvant dépasser 14000C. Enfin, le matériau des tubes, ou éventuellement les additifs, doivent être choisis afin d'éviter toute réaction entre le matériau et les résidus d'additifs. Les tubes en matière céramique conviennent bien dans cette application. On peut citer plus particulièrement les tubes en mullite ou mullite - cordiérite. On peut utiliser aussi des tubes en matière céramique à revêtement interne de faible épaisseur, ce revêtement présentant une faible porosité et s'appuyant sur un corps de tube de porosité plus importante. Des tubes de ce type offrent une grande capacité de filtration sans entraîner de perte de charge importante. Selon une variante intéressante, les tubes peuvent présenter ou recevoir un revêtement externe poreux contenant une phase catalytique d'oxydation des éléments gazeux polluants comme par exemple CO ou des hydrocarbures imbrûlés constitués par des résidus du carburant, de l'huile moteur et du brûlage des particules. Les phases catalytiques sont celles utilisées dans la fabrication des pôts catalytiques pour gaz d'échappement de moteur à essence (métaux précieux, oxydes métalliques et pérovskites...). Les flasques peuvent être en toute matière convenable notamment en céramique pour permettre le maintien des tubes à toute température et pour assurer l'étanchéité du système. Le flasque (4) doit être constitué d'une matière étanche. En fonctionnement, les gaz d'échappement arrivent par un tuyau (8) dans le sens de la flèche (9) et ils pénètrent dans chacun des tubes filtrants (1). Ils sont filtrés lors de leur passage de l'intérieur à l'extérieur des tubes. Les gaz filtrés sont évacués par une sortie (lu). Les résidus d'additifs combinés aux particules provoquent le brûlage de celles-ci en continu, ou à intervalles programmés en fonction des systèmes de régénération choisis : chauffage électrique, brûleurs à fuel, vannage des gaz d'échappement. Les résidus d'additifs s'accumulent alors progressivement dans les tubes, ce qui nécessite un nettoyage à intervalles réguliers pour maintenir la capacité de filtration et la perte de charge à un niveau convenable. Ce nettoyage peut se faire ae différentes manières. Dans le cas, par exemple où le flasque (4) est plein, le nettoyage se fait en séparant le flasque (4) du faisceau de tubes. Les tubes sont alors ouverts et peuvent être nettoyés par soufflage d'air comprimé. Cette opération peut être faite lors d'entretiens réguliers, par exemple tous les 10 000 ou 50 000 km. Le dispositif de l'invention peut permettre aussi un nettoyage en continu. C'est le cas lorsque le flasque (4) est muni d'orifices et que celui-ci ou le faisceau de tubes sont montés rotatifs l'un par rapport à l'autre. Il est possible alors de prévoir un système d'injection d'air comprimé, auquel est asservi le flasque, qui permet d'injecter l'air par l'intermédiaire du flasque (4) dans chaque tube venant en regard d'un orifice du flasque lors de la rotation respective de celui-ci, par rapport au faisceau de tubes. Dans ce cas, les résidus sont collectés dans une enceinte prévue à cet effet pour éviter leur rejet dans l'atmosphère. On voit donc que le dispositif de l'invention, par sa conception, grâce à la présence d'un flasque fermant du type de celui décrit, peut être nettoyé d'une manière complète et simple. REVENDICATIONS 1 - Filtre pour épuration de fumées de moteurs comprenant un faisceau de tubes filtrants maintenus fixés dans un boitier, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un flasque fermant les extrémités d'un même côté d'au moins une partie des tubes et séparables dudit faisceau de tubes. 2 - Filtre pour épuration de fumées de moteurs, comprenant un faisceau de tubes filtrants, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un flasque fermant les extrémités d'un même côté d'au moins une partie des tubes et séparables dudit faisceau de tubes, l'un du flasque ou du faisceau étant monté rotatif par rapport à l'autre. 3 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un du flasque ou du faisceau est monté rotatif par rapport à l'autre. 4 - Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flasque présente des ouvertures pouvant venir en regard de l'extrémité d'une partie des tubes filtrants. 5 - Filtre selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le faisceau de tube filtrant est monté rotatif par rapport à un axe central. 6 - Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes filtrants sont en matière céramique, notamment en mullite ou mullite - cordiérite. 7 - Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes filtrants présentent un revêtement interne de faible porosité s'appuyant sur un corps de tube de porosité plus importante. 8 - Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes filtrants sont revêtus sur leur paroi d'une phase catalytique d'oxydation d'éléments gazeux polluants. 9 - Filtre selon la revendication 4 et l'ure des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'injection d'air dans les tubes filtrants par l'intermédiaire du flasque précité.