Brevet FR2984953A1 — publié le 20130628

Module d'injection et de distribution d'un additif dans un flux de gaz La présente invention concerne un module d'injection et de distribution d'un additif dans un flux de gaz, ledit module comprenant : - un dispositif d'injection de l'additif comportant un tronçon d'injection, le tronçon d'injection étant muni d'un orifice d'injection ; et - un dispositif de mélange de l'additif agencé sur le tronçon d'injection. Un tel module est connu notamment du document DE 10 2008 052 334 A1. Il s'avère que l'indice de distribution de l'additif dans le flux de gaz obtenu avec ce module connu n'est pas satisfaisant. Un but de l'invention est donc de proposer un module d'injection et de distribution qui assure une bonne distribution de l'additif dans le flux de gaz. Un autre but de l'invention est de proposer un module d'injection et de distribution générant une contre-pression limitée. Un autre but de l'invention est de proposer un module d'injection et de distribution compact et facile à intégrer dans un système de conduite de gaz. Ces buts sont atteints par un module d'injection et de distribution tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que le dispositif de mélange comprend une bordure plane d'arrêt frontal du flux de gaz, et en ce que ladite bordure présente une arête avec un angle interne inférieur ou égal à 90°. Par la suite, on utilisera le terme « arête vive » pour désigner une arête avec un angle interne inférieur ou égal à 90°. En prévoyant, au niveau du dispositif de mélange, une bordure plane d'arrêt frontal du flux de gaz avec une arête vive, le module d'injection et de distribution est capable de créer des turbulences dans le flux de gaz qui contribuent sensiblement à la distribution homogène de l'additif dans le flux de gaz. En agençant le dispositif de mélange sur le dispositif d'injection on obtient un module particulièrement compact. Selon des modes de réalisation préférés, le module selon l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le tronçon d'injection a une face avant et une face arrière munie de l'orifice d'injection, le dispositif de mélange étant agencé sur la face avant ; - le dispositif d'injection définit un axe et le dispositif de mélange définit un plan, ledit axe étant sensiblement parallèle audit plan ; - ladite bordure est sensiblement circulaire, le dispositif de mélange étant alors de préférence un disque ; - ladite bordure est de forme crénelée ; - le dispositif de mélange comprend une zone centrale sensiblement circulaire et au moins une dent faisant saillie à partir de la zone centrale ; - la largeur de la bordure est d'au moins 10 mm. L'invention concerne également une conduite de flux de gaz comprenant un module tel que défini ci-dessus, dans laquelle la conduite définit une direction d'écoulement du flux de gaz, et dans laquelle ladite bordure plane est sensiblement perpendiculaire à la direction découlement. De préférence, la conduite selon l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le dispositif d'injection est orienté sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction d'écoulement ; - la surface du dispositif de mélange est inférieure ou égale à 35% de la section droite de la conduite. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante détaillée de plusieurs modes de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins, dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation du module d'injection et de distribution selon l'invention ; La figure 2 est une vue de dessus du dispositif de mélange du module de la figure 1 selon la flèche Il ; La figure 3 est une vue de dessus du dispositif de mélange d'un deuxième mode de réalisation du module d'injection et de distribution selon l'invention ; Les figures 4 à 6 montrent un troisième mode de réalisation du module d'injection et de distribution selon l'invention ; et La figure 7 montre le module selon la figure 1 en action à l'intérieur d'une conduite de flux de gaz. Le module d'injection et de distribution selon l'invention trouve une application particulièrement préférée dans l'injection d'ammoniac dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile pour la réduction d'oxydes d'azote. La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un module d'injection et de distribution d'un additif dans un flux de gaz selon l'invention. Le module est identifié par la référence 2. Le module 2 comprend un dispositif d'injection 4 et un dispositif de mélange 6. Le dispositif d'injection 4 est de forme sensiblement cylindrique. Il dispose d'une extrémité 8 de réception de l'additif, d'un tronçon central 9 d'injection de l'additif, et d'une extrémité terminale 10. Les trois sections 8, 9 et 10 du dispositif d'injection 4 sont repérées à la figure 1 à l'aide de lignes en pointillés. L'extrémité terminale 10 se situe à l'opposé de l'extrémité 8 de réception de l'additif. Le dispositif d'injection 4 définit un axe principal X-X le traversant d'une extrémité à l'autre. Le tronçon d'injection 9 comprend une face avant 12 (cf. la figure 7) et une face arrière 14 munie d'un orifice d'injection 16. De préférence, l'orifice d'injection 16 est sensiblement circulaire. Dans le mode de réalisation selon la figure 1, le dispositif de mélange se présente sous la forme d'un disque ou d'une rondelle 6 d'une épaisseur e et d'un diamètre R (cf. la figure 2). Le disque 6 s'étend selon un plan P. Le disque 6 est représenté de face à la figure 2. Le disque 6 dispose d'une face arrière 13, d'une face avant 15, et d'une tranche 17. Un trou de fixation 20 est situé au centre du disque 6. Une bordure plane et circulaire 18 de largeur I constitue le pourtour du disque 6. La limite interne de la bordure 18 est repérée à la figure 2 par une ligne en pointillés. La bordure 18 se termine à l'extérieur par une arête vive et circulaire 19. L'arête 19 définit un angle interne b qui est sensiblement de 90° (cf. la figure 7). En guise d'exemple, les valeurs du diamètre R, de la largeur I, et de l'épaisseur e peuvent être les suivantes : R = 28 mm, I = 10 mm, e = 1 mm. Le disque 6 est agencé sur le dispositif d'injection 4. Plus précisément, la face arrière 13 du disque 6 est fixée sur la face avant 12 du tronçon d'injection 9 par l'intermédiaire d'un boulon passant dans le trou de fixation 20. Dans une variante, le disque 6 peut aussi être soudé directement sur le tronçon d'injection 9, avec ou sans le trou de fixation 20. Ainsi, l'axe X-X du dispositif d'injection 4 est sensiblement parallèle au plan P défini par le disque 6. La figure 3 montre une deuxième variante du dispositif de mélange 6. Par la suite, on décrira uniquement les différences de cette deuxième variante par rapport à la première variante selon la figure 2. Pour les éléments identiques, il est fait référence à la description de la première variante ci-dessus. Selon la deuxième variante, le dispositif de mélange 6 comprend une zone centrale 22 sensiblement circulaire et une pluralité de dents 24 faisant saillies à partir de la zone centrale 22. Des échancrures 26 se situent entre les dents 24. De préférence, les extrémités externes 25 des dents 24 se situent sur un cercle externe C, indiqué en pointillés. Les dents 24 et les échancrures 26 divisent le cercle C en une pluralité de secteurs S d'angle de secteur g. La bordure plane 18 et l'arête 19 ont une forme crénelée. Le dispositif de mélange 6 a un diamètre interne Q qui correspond au diamètre de la zone centrale 22, et un diamètre externe R qui correspond au diamètre du cercle externe C. En guise d'exemple, les valeurs du diamètre externe R, du diamètre interne Q, et de l'angle de secteur g peuvent être les suivantes : R = 38 mm, Q = 24 mm, g = 45°. Le cercle externe C est alors divisé en huit secteurs, avec quatre dents 24 et quatre échancrures 26. On notera que, grâce aux échancrures 26, la longueur périphérique de la bordure plane 18 du dispositif de mélange selon la figure 3 est plus élevée que la longueur périphérique de la bordure plane 18 du simple disque 6 selon la figure 2. Les figures 4 à 6 montrent une troisième variante du dispositif de mélange 6. Les figures 4 et 6 sont des vues de face du dispositif de mélange 6, légèrement en perspective, et la figure 5 est une coupe transversale du troisième mode de réalisation du module d'injection et de distribution 2 équipé de la troisième variante du dispositif de mélange 6. Dans cette variante, le dispositif de mélange 6 est un disque avec une section 27 de réception du dispositif d'injection 4. La section de réception 27 est de préférence un demi-cylindre partant de l'arête 19 pour aller au moins jusqu'au centre du disque 6. Ce demi-cylindre 27 peut notamment retracer le diamètre (cf. figure 4) ou bien le rayon (cf. figure 6) du disque 6. On notera que dans cette variante la bordure plane 18 est discontinue. On va maintenant décrire le fonctionnement du module 2 selon l'invention en référence à la figure 7. La figure 7 illustre le module 2 selon la figure 1 à l'intérieur d'une conduite 28. Le module 2 est représenté en coupe transversale selon les flèches VII de la figure 1. Un flux de gaz d'échappement F s'écoule à l'intérieur de la conduite 28 selon une direction d'écoulement D. Le module 2 est agencé à l'intérieur de la conduite 28 de manière à ce que la bordure plane 18 soit sensiblement perpendiculaire à la direction découlement D, et à ce que le dispositif d'injection 4 soit orienté sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction d'écoulement D. La longueur de pénétration du dispositif d'injection 4 dans la conduite 28 peut varier entre une fois et deux fois le rayon de la conduite 28. Le dispositif de mélange 6 se situe de préférence au milieu de la conduite 28. En outre, en prenant la direction d'écoulement D comme référence, le dispositif de mélange 6 se situe en amont par rapport à l'orifice d'injection 16. Ainsi, l'orifice d'injection 16 est masqué du flux F par le dispositif de mélange 6. En effet, le dispositif de mélange 6 fait obstacle au flux F qui doit le contourner. Le résultat est une zone de dépression Zd au voisinage de l'orifice d'injection 16. Cette zone Zd a sensiblement la forme d'un coeur et est identifiée par des pointillés. La zone de dépression et de faible vitesse Zd est entourée de chaque côté d'une zone de forte accélération de gaz Za, identifiée par des pointillés. A la frontière entre chaque zone de forte accélération Za et la zone de dépression Zd, une zone de turbulence Zt est générée dû au cisaillement du flux de gaz. En choisissant la deuxième variante selon la figure 3 comme dispositif de mélange 6, on obtient un cisaillement particulièrement prononcé grâce à la bordure plane 18 de grande longueur périphérique. Lorsque un additif A (notamment de l'ammoniac) est alors introduit dans le flux de gaz F par l'intermédiaire de l'orifice d'injection 16, dans un premier temps, celui-ci se diffuse rapidement grâce à la zone de dépression Zd. Dans un deuxième temps, grâce aux zones de turbulence Zt, l'ammoniac diffusé est mélangé avec l'ensemble du flux de gaz F. De préférence, la surface du dispositif de mélange 6 est inférieure ou égale à 35% de la section droite de la conduite 28, ceci pour optimiser l'indice d'homogénéisation du mélange en limitant la contre-pression générée par le module selon l'invention. REVENDICATIONS1.- Module (2) d'injection et de distribution d'un additif (A) dans un flux de gaz (F), ledit module comprenant : - un dispositif d'injection (4) de l'additif comportant un tronçon d'injection (9), le tronçon d'injection étant muni d'un orifice d'injection (16) ; et - un dispositif de mélange (6) de l'additif agencé sur le tronçon d'injection, caractérisé en ce que le dispositif de mélange comprend une bordure plane (18) d'arrêt frontal du flux de gaz, et en ce que ladite bordure (18) présente une arête (19) avec un angle interne (b) inférieur ou égal à 90°. 2.- Module selon la revendication 1, dans lequel le tronçon d'injection a une face avant (12) et une face arrière (14) munie de l'orifice d'injection (16), le dispositif de mélange étant agencé sur la face avant. 3.- Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'injection définit un axe (X-X) et le dispositif de mélange définit un plan (P), ledit axe étant sensiblement parallèle audit plan. 4. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite bordure (18) est sensiblement circulaire, le dispositif de mélange étant alors de préférence un disque. 5. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite bordure (18) est de forme crénelée. 6. Module selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de mélange comprend une zone centrale (22) sensiblement circulaire et au moins une dent (24) faisant saillie à partir de la zone centrale. 7. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la largeur (I) de la bordure est d'au moins 10 mm. 8. Conduite (28) de flux de gaz comprenant un module selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la conduite définit une direction (D) d'écoulement du flux de gaz, et dans laquelle ladite bordure plane (18) est sensiblement perpendiculaire à la direction découlement. 9. Conduite selon la revendication 8, dans laquelle le dispositif d'injection est orienté sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction d'écoulement. 10. Conduite selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle la surface du dispositif de mélange est inférieure ou égale à 35% de la section droite de la conduite.35