Brevet FR2778431A1 — publié le 19991112

La présente invention concerne un procédé de traitement avant leur rejet dans l'atmosphère des gaz de com- bustion d'un moteur à combustion interne pour réduire leur teneur en éléments nocifs, notamment en poussière, en parti- cules, en oxyde de carbone, en fumées lourdes et/ou en hui- les. Il est connu que les sorties de pots d'échappe- ment des moteurs à essence ou Diesel (automobiles, camions, autobus, véhicules industriels,...) rejettent dans l'atmos- phère une quantité importante d'éléments nocifs de nature à augmenter notablement la pollution, en particulier dans les villes en présence de conditions atmosphériques défavorables. Or, la prise en considération croissante par les Autorités des problèmes liés à l'environnement a conduit à proposer des moyens permettant de lutter contre cette pollu- tion, pouvant aller de la circulation alternée les jours de " pic de pollution " au montage, sur les véhicules, de pots catalytiques sophistiqués et donc onéreux. Aucun de ces moyens n'a pu cependant, jusqu'à présent, donner entière satisfaction. La présente invention a pour objet de combler cette lacune en proposant un procédé de traitement des gaz de combustion provenant de la tubulure d'échappement des moteurs à combustion interne à la fois simple et sûr. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type susmentionné caractérisé en ce que l'on introduit les gaz de combustion à traiter à l'une des extrémités ou pre- mière extrémité d'une enceinte de traitement dans laquelle ils sont soumis à un lavage par contact avec une solution d'eau, de préférence d'eau distillée, renfermant un agent sé- questrant chimique susceptible de piéger au moins une partie des éléments nocifs ainsi que, le cas échéant, un agent ten- sioactif, et on évacue les gaz de combustion ainsi purifiés à l'autre extrémité ou seconde extrémité de l'enceinte de trai- tement. La nature de l'agent séquestrant est bien entendu fonction des gaz de combustion à traiter. A titre d'exemple non limitatif, on peut mettre en oeuvre des polyphosphates ou du sulfate d'alumine. L'agent tensioactif est ajouté à la so- lution de lavage lorsque l'on recherche un effet " moussant ". Il est à noter que l'exploitation du procédé con- forme à l'invention n'est aucunement limitée aux rejets des véhicules automobiles et que celui-ci pourrait également être appliqué à l'épuration de rejets industriels. Selon une autre caractéristique de l'invention, on lave les gaz de combustion dans une enceinte constituée par un réservoir cylindrique d'axe essentiellement horizontal renfermant une réserve de solution de lavage constamment en mouvement. Deux tubulures, de préférence radiales à savoir une tubulure d'introduction reliée à la tubulure d'échappe- ment du moteur et une tubulure d'évacuation des gaz de com- bustion débouchent aux extrémités respectives de ce réservoir cylindrique. Le réservoir cylindrique dans lequel est mis en oeuvre le procédé conforme à l'invention est, en règle géné- rale, un réservoir cylindrique notamment en acier inoxydable ou traité. Selon une autre caractéristique de l'invention, on équipe le réservoir cylindrique d'organes de surveillance de l'état de la solution de lavage et on le vidange par des ouvertures de vidange lorsque cette solution est saturée, afin de la remplacer par une neuve. Les organes de surveillance peuvent être quelcon- que sans pour cela sortir de l'invention et peuvent notamment être simplement constitués par des plaques transparentes in- tégrées au réservoir cylindrique lors de sa fabrication de façon à pouvoir détecter visuellement l'état de salissure de la solution de lavage. On peut également envisager d'équiper le réservoir cylindrique d'organes de surveillance plus so- phistiqués, notamment de sondes électroniques. Bien entendu, les dimensions du réservoir cylin- drique doivent, dans chaque cas, être adaptées au type de mo- teur avec lequel il est destiné à coopérer, et la quantité de solution de lavage mise en oeuvre doit être suffisante pour empêcher tout échauffement sous l'action des gaz de combus- tion rejetés par le moteur. Dans les cas extrêmes, il est possible de bran- cher, dans le réservoir cylindrique, un refroidisseur notam- ment fonctionnant par effet Peltier ou d'incorporer un antigel dans la solution de lavage. Il est à noter que la composition de cette solu- tion est, dans chaque cas, fonction du type de gaz rejeté par le moteur.10 L'expérience a permis de constater que le réser- voir cylindrique doit, en règle générale, être vidangé tous les 3 à 5 000 km, suivant l'état et le type du moteur à équi- per. L'invention se rapporte également à un dispositif comportant un réservoir cylindrique d'axe essentiellement ho- rizontal équipé à ses extrémités respectives de tubulures permettant l'introduction et l'évacuation des gaz de combus- tion à traiter, destiné à la mise en oeuvre du procédé sus- mentionné. Selon une première variante de l'invention, ce dispositif comporte un circuit de lavage partiellement situé à l'extérieur du réservoir cylindrique et équipé d'une pompe permettant la circulation de la solution de lavage entre un orifice de soutirage situé à la partie inférieure du réser- voir cylindrique et une rampe de pulvérisation ou de brumisa- tion longitudinale montée à la partie supérieure de ce réservoir. Il s'agit là de la variante la plus simple de l'invention. Il est à noter que, conformément à cette première variante, on pourrait également envisager de remplacer la pulvérisation ou la brumisation par une oxygénation par pres- sion (bulles d'air). Selon une variante préférentielle de l'invention, dans laquelle les tubulures d'introduction et d'évacuation des gaz de combustion à traiter débouchent obligatoirement radialement dans le réservoir cylindrique, ce dernier com- porte une cloison longitudinale essentiellement parallèle à son axe médian et subdivisant la partie interne de ce réser- voir en, d'une part, au moins une chambre de stockage renfer- mant une réserve de solution de lavage et, d'autre part, une chambre de traitement dans laquelle débouchent les tubulures5 d'introduction et d'évacuation des gaz de combustion à trai- ter. Conformément à l'invention, la chambre de traite- ment est équipée d'un ensemble mécanique rotatif réalisé en un matériau très léger et muni d'organes de mise en contact10 des gaz de combustion provenant de la tubulure d'échappement du moteur et pénétrant dans la chambre de traitement par la tubulure d'introduction avec la ou les solution(s) de lavage. La caractéristique essentielle de ce dispositif est liée à la légèreté de l'ensemble mécanique rotatif qui peut, à titre d'exemple, être réalisé en aluminium. En fonction du type de moteur à équiper et de la nature des gaz de combustion à traiter, on peut prévoir soit une seule chambre de stockage, soit plusieurs renfermant cha- cune des solutions de lavage de compositions différentes; bien entendu, dans ce dernier cas, chacune des chambres de stockage doit coopérer avec des organes de mise en contact des gaz de combustion qui lui sont associés de manière indé- pendante. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble mécanique rotatif est constitué par un arbre de commande coïncidant avec l'axe longitudinal du réservoir et s'étendant sur la totalité de la longueur de celui-ci. Conformément à l'invention, cet arbre de commande est équipé d'une série d'aubes situées au droit de la tubu- lure d'introduction de façon à être entraînées en rotation sous l'action des gaz de combustion provenant de la tubulure d'échappement du moteur. En règle générale, une plaque perforée est montée directement en aval des aubes dans la direction de déplace- ment des gaz de combustion de façon à délimiter un comparti- ment d'introduction séparé de la ou des chambres de stockage et faisant partie intégrante de la chambre de traitement. Selon une autre caractéristique de l'invention, les organes de mise en contact des gaz de combustion prove- nant de la tubulure d'échappement du moteur avec la ou les solutions de lavage sont constitués par au moins un disque de5 remontée d'eau filtrant de diamètre correspondant essentiel- lement à la section du réservoir cylindrique et fixé coaxia- lement et solidairement en rotation à l'arbre de commande. Conformément à l'invention, ce disque de remontée d'eau filtrant pénètre dans la chambre de stockage par une fente percée à cet effet dans la cloison longitudinale de fa- çon à créer, dans la chambre de traitement, un rideau de so- lution de lavage permettant la mise en contact de cette solution avec les gaz de combustion. L'expérience a montré qu'il est, en règle géné- rale, nécessaire de prévoir au moins deux disques de remontée d'eau filtrants. Il est à noter que, conformément à cette variante préférentielle de l'invention, la solution de lavage doit obligatoirement renfermer un agent tensioactif qui, par son caractère moussant, permet de " relever " l'eau de façon à créer le rideau permettant de piéger les éléments nocifs. Conformément à l'invention, le disque de remontée d'eau filtrant peut, avantageusement, être constitué par un ensemble de deux grilles de filtration planes identiques fixées parallèlement sur l'arbre de commande à faible dis- tance l'une de l'autre. A titre d'exemple, ces grilles peuvent être mu- nies d'orifices circulaires disposés en quinconce situés à quelques millimètres les uns des autres et ayant des diamè- tres de l'ordre du millimètre. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'arbre de commande est équipé d'une série de pales vrillées situées au droit de la tubulure d'évacuation des gaz de com- bustion et coopérant avec une grille d'aspiration montée au niveau de la seconde extrémité du réservoir cylindrique de façon à créer une aspiration d'air frais extérieur venant se mélanger aux gaz de combustion à ce niveau. L'expérience a conduit à constater que la pré- sence de ces pales et de cette grille d'aspiration est, en règle générale, indispensable pour refroidir les vapeurs et éviter tout rejet de vapeurs nocives vers l'extérieur, en particulier par temps froid. Il est à noter que les pales vrillées coopèrent le plus souvent avec une plaque perforée située directement en amont de celles-ci dans le sens de circulation des gaz de combustion de façon à délimiter un compartiment d'évacuation séparé des chambres de stockage et faisant partie intégrante de la chambre d'évacuation. Les dimensions de ce compartiment d'évacuation doivent être suffisantes pour garantir une ad- mission suffisante d'air frais à ce niveau. Les caractéristiques du procédé et du dispositif, qui font l'objet de l'invention, seront décrites plus en dé- tail en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique d'un dispositif de traitement correspondant à la première variante de l'invention, - la figure 2 est une coupe schématique d'un dispositif de traitement correspondant à la variante préférentielle de l'invention. Selon la figure 1, l'installation est essentiel- lement constituée par un réservoir cylindrique 1 d'axe x-x' horizontal équipé, d'une part, à une première de ses extrémi- tés d'une tubulure d'introduction radiale 2 reliée à la tubu- lure d'échappement du moteur non représentée dans laquelle les gaz de combustion à traiter pénètrent dans le réservoir 1 selon la flèche a et, d'autre part, à sa seconde extrémité d'une tubulure d'évacuation radiale 3 par laquelle les gaz de combustion s'échappent vers l'atmosphère selon la flèche b. Le réservoir 1 contient une réserve 4 d'une solu- tion de lavage renfermant de l'eau distillée ainsi qu'un agent séquestrant chimique et, le cas échéant, un agent ten- sioactif, qui est constamment mise en mouvement grâce à un circuit de lavage 5 partiellement situé à l'extérieur du ré- servoir cylindrique 1. Ce dernier est par ailleurs équipé d'une tubulure 6 permettant de vidanger la solution de lavage 4 lorsque celle-ci est saturée pour la remplacer par une neuve ainsi que d'organes 7 représentés schématiquement permettant la surveillance de l'état de saturation de cette solution. Le circuit de lavage 5 est équipé d'une pompe électrique 8 permettant la circulation constante de la solu- tion de lavage 4 selon les flèches c, entre un orifice de soutirage 9 situé à la partie inférieure du réservoir cylin- drique et une rampe de pulvérisation ou de brumisation longi- tudinale 10 montée à la partie supérieure du réservoir 1. Ainsi, les gaz de combustion circulant dans le réservoir cylindrique 1, entre la tubulure d'entrée 2 et la tubulure de sortie 3 de celui-ci, sont soumis à un lavage par une série de jets de solution de lavage, représentés en poin- tillés, provenant de la rampe de pulvérisation ou de brumisa- tion 10 de façon à permettre un " piégeage " des éléments nocifs par l'agent séquestrant. Selon la figure 2, l'installation est également essentiellement constituée par un réservoir cylindrique 1 d'axe horizontal x-x' comportant une paroi cylindrique 100 ainsi qu'une première paroi d'extrémité 11 et une seconde pa- roi d'extrémité 12. Le réservoir cylindrique 1 est équipé, d'une part au niveau de sa première extrémité 11, d'une tubulure d'introduction radiale 2 reliée à la tubulure d'échappement du moteur non représentée, par laquelle les gaz de combustion à traiter pénètrent dans le réservoir 1 selon la flèche a, et, d'autre part, au niveau de sa seconde extrémité 12, d'une tubulure radiale 3 par laquelle les gaz de combustion s'échappent vers l'atmosphère selon la flèche b. Le réservoir cylindrique 1 comporte par ailleurs une cloison longitudinale 13 essentiellement parallèle à son axe longitudinal médian x-x'. Cette cloison 16 subdivise la partie interne du réservoir 1 en, d'une part, une chambre de stockage 14 conte- nant une réserve d'une solution aqueuse de lavage 4, renfer- mant un agent séquestrant ainsi qu'un agent tensioactif, et, d'autre part, une chambre de traitement 15 dans laquelle dé- bouchent les tubulures d'introduction 2 et d'évacuation 3 des gaz de combustion à traiter. Il est à noter que, de façon non représentée, la chambre de stockage 14 pourrait elle-même être subdivisée en plusieurs chambres de stockage individuelles renfermant cha- cune une solution de lavage différente destinée à traiter des éléments nocifs différents. Selon la figure 2, la chambre de traitement 15 est elle-même équipée d'un ensemble mécanique rotatif 16 réa- lisé en un matériau très léger qui est essentiellement cons- titué par un arbre de commande 17 coïncidant avec l'axe longitudinal x- x' du réservoir cylindrique 1 qui s'étend sur la totalité de la longueur de ce réservoir 1 et est monté à ses extrémités dans des paliers 18, 18' respectivement soli- daires des parois d'extrémités 11, 12 du corps cylindrique 1. La chambre de traitement 15 est, par ailleurs, munie de deux disques perforés 19, 19' de diamètre correspon- dant à la section du réservoir cylindrique 1 qui ferment la chambre de stockage 14 au niveau des extrémités de la cloison longitudinale 13. Les disques perforés 19, 19' subdivisent la cham- bre de traitement 15 dans le sens de circulation A des gaz de combustion à traiter dans le réservoir cylindrique 1 en un compartiment d'introduction 20 de forme cylindrique renfer- mant la tubulure d'introduction 2, suivi d'un compartiment central 21 délimité par la cloison longitudinale 13 puis d'un compartiment d'évacuation 22 de forme cylindrique renfermant la tubulure d'évacuation 3. Selon la figure 2, le compartiment d'introduction renferme une série d'aubes 23 fixées solidairement en ro- tation à l'arbre de commande 17 au droit de la tubulure d'introduction 2. Ces aubes 23 ont pour fonction d'entraîner l'arbre de commande 17 en rotation sous l'action de la pres- sion des gaz de combustion provenant de la tubulure d'échappement du moteur et pénétrant dans la chambre de trai- tement 15 par la tubulure d'introduction 2 selon la flèche a. Par ailleurs, le compartiment médian 21 est équi- pé de deux disques de remontée d'eau filtrants 24, 24' ayant un diamètre voisin de la section du réservoir cylindrique 1 qui sont fixés coaxialement et solidairement en rotation à l'arbre de commande 17. Bien entendu, le nombre de deux disques de remon- tée d'eau filtrants, choisi à titre d'exemple pour la confi- guration représentée sur la figure, n'est aucunement limitatif de l'invention. Chacun des disques de remontée d'eau filtrants 24, 24' est constitué par un ensemble de deux grilles de fil- tration planes identiques 24l, 242, 24'l, 24'2 fixées parallè- lement sur l'arbre de commande 17 à faible distance l'une de l'autre. Au cours de la rotation de l'arbre de commande 17, sous l'action de la pression des gaz de combustion intro- duits dans le réservoir cylindrique 1, les grilles de filtra- tion 241, 242, 24'1, 24'2, pénètrent dans la chambre de stockage 14 par des fentes 25, 25' qui sont percées à cet ef- fet dans la cloison longitudinale 13. La rotation de l'arbre de commande 17 permet par suite de créer, au niveau des disques de remontée d'eau fil- trants 24, 24' et grâce à la présence de l'agent tensioactif, un rideau de solution de lavage permettant la mise en contact de cette solution avec les gaz d'échappement se déplaçant dans le compartiment central 21; l'agent séquestrant chimi- que présent dans cette solution de lavage peut ainsi piéger toutes les particules nocives ainsi que les huiles lourdes se trouvant dans les gaz de combustion. Selon la figure 2, le compartiment d'évacuation 22 est équipé d'une série de pales vrillées 26 fixées soli- dairement en rotation sur l'arbre de commande 17 au droit de la tubulure d'évacuation 3 des gaz de combustion. La seconde paroi d'extrémité 12 du réservoir cy- lindrique 1, qui ferme le compartiment 22, est quant à elle constituée par une grille en liaison avec l'extérieur. Les pales vrillées 26 sont dirigées de façon à créer une aspiration d'air frais extérieur selon la flèche d sous l'action de la rotation de l'arbre de commande 17. L'air frais ainsi aspiré vient se mélanger aux gaz de combustion à ce niveau, de façon à les refroidir et à exclure dans une large mesure toute évacuation vers l'extérieur de vapeurs d'éléments toxiques lourds, en parti- culier par temps froid. Le réservoir cylindrique 1 est, par ailleurs, équipé d'une tubulure 6 permettant de vidanger la chambre de stockage 14 lorsque la solution de lavage est saturée pour la remplacer par une solution neuve, ainsi que d'organes 7 re- présentés schématiquement permettant la surveillance de l'état de saturation de cette solution. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de traitement avant leur rejet dans l'atmosphère des gaz de combustion d'un moteur à combustion interne pour réduire leur teneur en éléments nocifs, notamment en pous-5 sière, en particules, en oxyde de carbone, en fumées lourdes et/ou en huiles, caractérisé en ce que l'on introduit les gaz de combustion provenant de la tubulure d'échappement du moteur à l'une des extrémités ou première10 extrémité d'une enceinte de traitement dans laquelle ils sont soumis à un lavage par contact avec une solution d'eau, de préférence d'eau distillée, renfermant un agent séquestrant chimique susceptible de piéger au moins une partie des élé- ments nocifs ainsi que, le cas échéant, un agent tensioactif, et on évacue les gaz de combustion ainsi purifiés à l'autre extrémité ou seconde extrémité de l'enceinte de traitement. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on lave les gaz de combustion dans une enceinte constituée par un réservoir cylindrique d'axe essentiellement horizontal renfermant une réserve de solution de lavage constamment en mouvement, deux tubulures de préférence radiales à savoir une tubulure d'introduction reliée à la tubulure d'échappement du moteur et une tubulure d'évacuation des gaz de combustion dé- bouchant aux extrémités respectives de ce réservoir cylindri- que. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on équipe le réservoir cylindrique d'organes de sur- veillance de l'état de la solution de lavage et on le vidange par des ouvertures de vidange lorsque cette solution est sa- turée. 4 ) Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, et comportant un réservoir cylindrique (1) d'axe (x-x') essentiellement hori- zontal équipé à ses extrémités respectives de tubulures (2, 3) permettant l'introduction et l'évacuation des gaz de com- bustion à traiter, caractérisé en ce qu' il comporte un circuit de lavage (5) partiellement situé à l'extérieur du réservoir cylindrique (1) et équipé d'une pompe (8) permettant la circulation de la solution de lavage entre un orifice de soutirage (9) situé à la partie infé- rieure du réservoir cylindrique (1) et une rampe de pulvéri- sation ou de brumisation longitudinale (10) montée à la partie supérieure de ce réservoir (1). ) Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, et constitué d'un réservoir cylindrique (1) d'axe (x-x') essentiellement hori- zontal équipé à ses extrémités respectives de tubulures ra- diales (2, 3) permettant l'introduction et l'évacuation des gaz de combustion à traiter, caractérisé en ce que le réservoir cylindrique (1) comporte une cloison longitudi- nale (13) essentiellement parallèle à son axe médian (x-x') et subdivisant la partie interne de ce réservoir (1) en, d'une part, au moins une chambre de stockage (14) renfermant une réserve de solution de lavage et, d'autre part, une cham- bre de traitement (15) dans laquelle débouchent les tubulures d'introduction (2) et d'évacuation (3) des gaz de combustion à traiter, cette chambre de traitement (15) étant équipée d'un ensemble mécanique rotatif réalisé en un matériau très léger et munie d'organes (24, 24') de mise en contact des gaz de combustion provenant de la tubulure d'échappement du mo- teur et pénétrant dans la chambre de traitement (15) par la tubulure d'introduction (2) avec la ou les solutions de la- vage. 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'ensemble mécanique rotatif (16) est constitué par un arbre de commande (17) coïncidant avec l'axe longitudinal (x-x') du réservoir (1) et s'étendant sur la totalité de la longueur de celui-ci, cet arbre de commande (17) étant équipé d'une série d'aubes (23) situées au droit de la tubulure d'introduction (2) de façon à être entraîné en rotation sous l'action des gaz de combustion provenant de la tubulure d'échappement du moteur. 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les organes de mise en contact des gaz de combustion prove- nant de la tubulure d'échappement du moteur avec la ou les solutions de lavage sont constitués par au moins un disque de remontée d'eau filtrant (24, 24') de diamètre correspondant essentiellement à la section du réservoir cylindrique (1) et fixé coaxialement et solidairement en rotation à l'arbre de commande (17), ce disque de remontée d'eau filtrant (24, 24') pénétrant dans la chambre de stockage (14) par une fente (25) percée à cet effet dans la cloison longitudinale (13) de fa- çon à créer, dans la chambre de traitement (15), un rideau de solution de lavage permettant la mise en contact de cette so- lution avec les gaz de combustion. 8 ) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le disque de remontée d'eau filtrant (24, 24') est constitué par un ensemble de deux grilles de filtration planes identi- ques (241, 242, 24'1 24'2) fixées parallèlement sur l'arbre de commande (17) à faible distance l'une de l'autre. 9 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'arbre de commande (17) est équipé d'une série de pales vrillées (26) situées au droit de la tubulure d'évacuation (3) des gaz de combustion et coopérant avec une grille d'aspiration (12) montée au niveau de la seconde extrémité du réservoir cylindrique (1) de façon à créer une aspiration d'air frais extérieur venant se mélanger aux gaz de combus- tion à ce niveau.