Brevet FR3029500A1 — publié le 20160610

Dispositif d'éjection d'effluents liquides pour un navire marin, ainsi qu'installation correspondante d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur d'un navire marin La présente invention concerne un dispositif d'éjection d'effluents liquides pour un navire marin. Elle concerne également une installation d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur d'un navire marin, comportant un tel dispositif d'éjection. Les navires marins, que ce soient des paquebots ou d'autres navires, utilisent comme carburant pour leur moteur diesel surtout du fioul. Ce fioul contient jusqu'à 5 % en masse de soufre, le plus souvent entre 0,5 et 3,5 % en masse. Lors du processus de combustion dans les moteurs, ce soufre est transformé en dioxyde de soufre (SO2), qui est un gaz acide. Les réglementations maritimes en vigueur obligent à limiter le rejet par la cheminée des navires à un équivalent de 0,5 % en masse de soufre dans le fioul alimentant les moteurs des navires. Toutefois, la valeur limite de rejet dépend de la zone de navigation : près des côtes ou bien au port, les émissions de dioxyde de soufre doivent être moindres qu'en pleine mer. Il faut noter que, même au port, un paquebot, par exemple de croisière, doit continuer à faire fonctionner son moteur pour subvenir aux besoins en électricité à bord et donc, potentiellement, émet du dioxyde de soufre. Pour se conformer aux réglementations précitées, il est donc nécessaire que les navires marins emploient des moyens pour réduire leur émission de dioxyde de soufre. Plusieurs solutions sont envisageables, mais pour des raisons économiques, les laveurs humides de désulfuration, utilisant de l'eau de mer, seule ou avec un réactif complémentaire alcalin, constituent la solution privilégiée. Ces laveurs à l'eau de mer, qui mettent à profit l'alcalinité naturelle de l'eau de mer, génèrent des effluents fortement acides dont le pH peut être aussi bas que 2 en l'absence d'une dilution complémentaire. Or, les réglementations en vigueur imposent que le pH, à une distance de quelques mètres du navire, soit supérieur ou égal à 6,5, même lorsque le navire est à l'arrêt. Pour se conformer à cette exigence, on peut réaliser une dilution avant rejet, en mélangeant de l'eau de mer, qui doit être pompée, aux effluents avant leur rejet hors du navire. Toutefois, l'alcalinité de l'eau de mer étant assez faible, en valant typiquement 1000 à 2500 1..1 équivalents d'alcalinité par litre, selon la localisation géographique, il faut de grandes quantités d'eau de mer, dont le pompage induit un coût énergétique élevé. Par ailleurs, quand le navire est à l'arrêt, il n'y a pas de renouvellement de l'eau autour du navire de sorte que, dans cette eau, il n'y a pas de diffusion naturelle des effluents rejetés, à la différence du cas où le navire navigue en pleine mer. Aussi, quand le navire est à l'arrêt, 3029500 2 le milieu autour de la zone de rejet des effluents s'acidifie rapidement au-delà des valeurs tolérables. Le but de la présente invention est de remédier à cette situation, en proposant un dispositif d'éjection des effluents, qui soit simple, économique et efficace, en permettant 5 notamment de rejeter des effluents acides en conformité avec la réglementation. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'éjection d'effluents liquides pour un navire marin, comprenant un corps creux alimenté par les effluents, qui s'étend de part et d'autre d'un plan médian, à la fois vertical et antéropostérieur par rapport au navire, et qui est percé de cinq orifices d'évacuation des effluents, à savoir : 10 - un premier orifice dont la normale au plan s'étend sensiblement dans le plan médian, - des deuxième et troisième orifices, dont la normale aux plans respectifs s'écarte du plan médian vers l'arrière, en formant, en projection dans un plan horizontal, un angle par rapport au plan médian qui est compris entre 15° et 25°, et 15 - des quatrième et cinquième orifices, dont la normale aux plans respectifs s'écarte du plan médian vers l'arrière, en formant, en projection dans un plan horizontal, un angle par rapport au plan médian qui est compris entre 30° et 45°, la normale aux plans respectifs des premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices étant dirigée en direction du bas vers l'arrière, en formant, en projection dans le 20 plan médian, un angle par rapport à l'horizontale qui est compris entre 10° et 25°. Une des idées à la base de l'invention est de faire en sorte que, en sortie du dispositif d'éjection, des jets d'effluents se forment et soient convenablement orientés de manière à assurer un effet d'entrainement de l'eau de mer dans laquelle ce dispositif d'injection est immergé en service. On crée ainsi un effet de pompe dynamique, 25 autrement appelé effet « jet pump » correspondant à l'expression anglaise consacrée, effet selon lequel chaque jet entraine, par transfert de mouvement, les liquides environnants, ce qui produit globalement un mouvement de l'eau de mer dans la direction moyenne où pointe le jet. Pour ce faire, les effluents du navire, à rejeter à la mer, sont canalisés dans un corps creux du dispositif d'éjection conforme à l'invention et en sortent 30 sous pression, sous forme de cinq jets, par autant d'orifices d'évacuation qui sont agencés de manière que les directions respectives des jets, autrement dit les normales aux plans respectifs de ces orifices, soient à la fois en éventail dans un plan horizontal par rapport au navire et tournées vers le bas. Plus précisément, les inventeurs ont caractérisé géométriquement la forme en éventail par la divergence relative des normales aux plans 35 respectifs des cinq orifices, ainsi que par les angles que ces normales forment, en projection dans un plan horizontal, avec un plan médian, à la fois vertical et 3029500 3 antéropostérieur par rapport au navire, du corps creux du dispositif, ces angles étant sensiblement nul pour l'orifice médian, compris entre 30° et 45° pour les deux orifices les plus éloignés du plan médian, et compris entre 15° et 25° pour les deux orifices restants. Quant à l'orientation vers le bas des normales aux plans respectifs des orifices, les 5 inventeurs l'ont caractérisée géométriquement par l'angle que ces normales forment, en projection dans le plan médian, avec l'horizontale, cet angle étant compris entre 10° et 25°. Sous l'action des jets d'effluents sortant des orifices du dispositif d'éjection conforme à l'invention, de l'eau de mer fraîche est aspirée, tandis que les effluents rejetés sont, avec cette eau de mer aspirée, éjectés vers l'arrière du navire et vers le fond de la mer. 10 Ainsi, selon l'invention, on évite une stagnation ou une quasi-stagnation de l'eau autour du navire, ce qui est particulièrement à craindre quand le navire est à l'arrêt, par exemple au port. Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses du dispositif d'éjection conforme à l'invention, prises isolément selon toutes les combinaisons techniquement 15 possibles : - les deuxième et troisième orifices sont symétriques par rapport au plan médian, et les quatrième et cinquième orifices sont symétriques par rapport au plan médian ; - les premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices présentent une taille sensiblement identique, adaptée pour que la vitesse d'éjection des effluents au 20 niveau des orifices soit comprise entre 12 et 20 m/s ; - les premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices sont écartés deux à deux d'une distance horizontale comprise entre 400 et 800 mm ; - le corps présente une forme globale cintrée, suivant laquelle les premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices sont répartis ; 25 - le corps est cintré de manière sensiblement symétrique par rapport au plan médian ; - le corps est constitué d'un tuyau dont le diamètre interne est compris entre 100 et 250 mm ; - le diamètre interne du corps est supérieur ou égal à 2,5 fois le diamètre des 30 premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices ; - chacun des premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices est prolongé par un tube en saillie du corps, qui présente un diamètre interne compris entre 40 et 80 mm et une longueur comprise entre 50 et 75 mm. L'invention a également pour objet une installation d'épuration des gaz 35 d'échappement d'un moteur d'un navire marin, comprenant : 3029500 4 - un laveur de désulfuration, auquel sont envoyés les gaz d'échappement et auquel est admis de l'eau de mer, et - un dispositif d'éjection tel que défini ci-dessus, dont le corps est alimenté, directement ou indirectement, par les effluents du laveur de désulfuration. 5 Cette installation est conçue pour être embarquée sur un navire marin pour en désulfurer les émissions gazeuses, tout en permettant de rejeter les effluents acides en résultant de manière économique et efficace, ainsi que dans le respect des réglementations en vigueur relatives au pH de l'eau de mer autour du navire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, 10 donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un navire marin embarquant une installation de traitement des gaz d'échappement de son moteur, conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail cerclé II à la figure 1, 15 montrant seul un dispositif d'éjection conforme à l'invention ; - la figure 3 est une vue selon les flèches III des figures 1 et 2 du dispositif d'éjection, montré seul ; et - la figure 4 est une section selon ligne IV-IV de la figure 1. Sur la figure 1 est représenté un navire marin 1 de type paquebot de croisière. 20 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce type d'embarcation, mais s'applique plus généralement à tous les navires marins du moment que ces derniers sont propulsés par des moteurs, notamment des moteurs diesel. Afin de limiter les rejets de dioxyde de soufre contenu dans les gaz d'échappement du moteur du navire 1, ce dernier embarque une installation d'épuration 25 de ces gaz. Cette installation d'épuration inclut, entre autres, un laveur de désulfuration, non représenté sur les figures : ce laveur, qui est connu en soi, est conçu pour capter le dioxyde de soufre contenu dans les gaz d'échappement, en utilisant de l'eau de mer, éventuellement diluée et/ou mélangée avec un réactif complémentaire alcalin. Les effluents de ce laveur, c'est-à-dire les eaux ayant capté le dioxyde de soufre lors de leur 30 passage dans la partie active du laveur après avoir été distribuées au laveur, sont très acides, avec un pH normalement compris entre 2 et 4, le plus souvent compris entre 2 et 3. En pratique, les effluents liquides admis à l'éjecteur 10 proviennent soit directement du laveur de désulfuration précité, soit d'autres équipements de l'installation d'épuration, interposés entre le laveur de désulfuration et l'éjecteur. Autrement dit, les effluents admis 35 à l'éjecteur proviennent directement ou indirectement du laveur de désulfuration. 3029500 5 L'installation d'épuration inclut également un dispositif 10 d'éjection des effluents provenant du laveur de désulfuration, ce dispositif étant également appelé par la suite éjecteur. L'éjecteur 10, montré de manière schématique sur la figure 1, est représenté en détail sur les figures 2 et 3. 5 Comme montré sur la figure 1, l'éjecteur 10 est conçu pour être solidarisé au navire 1, en étant immergé conjointement avec une partie du navire située sous la surface libre S de la mer. Bien entendu, l'agencement et les proportions relatives de l'éjecteur 10 par rapport au navire 1, tels que montrés à la figure 1, ne sont qu'illustratifs et ne sont pas limitatifs de l'invention. 10 Comme bien visible sur les figures 2 et 3, l'éjecteur 10 comprend un corps principal 11, qui est creux et qui est globalement allongé, en s'étendant de part et d'autre d'un plan médian P qui, lorsque l'éjecteur est en service, c'est-à-dire lorsque l'éjecteur est porté solidairement par le navire 1, est à la fois vertical et antéropostérieur par rapport au navire 1. On notera que, dans le présent document, les termes « antéropostérieur », 15 « vertical », « horizontal » et similaires s'entendent, par commodité, par rapport au navire 1. Ainsi, une direction antéropostérieure correspond à la direction reliant l'avant et l'arrière du navire 1, autrement dit reliant sa proue et sa poupe. De même, une direction verticale correspond à la direction perpendiculaire, à la fois, à la direction antéropostérieure et à la surface libre S de la mer, considérée calme, sur laquelle flotte le navire 1. Et une direction 20 horizontale correspond à une perpendiculaire à la direction verticale précitée. En pratique, le plan médian P de l'éjecteur 10 ne correspond pas nécessairement à un plan médian du navire 1 et peut être plus ou moins décalé par rapport à un tel plan médian du navire. Le corps principal 11 de l'éjecteur 10 est percé d'une embouchure d'admission 12 dans laquelle débouche une canalisation 2 qui délivre les effluents en provenance du 25 laveur de désulfuration. La forme de réalisation de cette embouchure 12 n'est pas limitative de l'invention. D'ailleurs, à titre de variante non représentée, plusieurs embouchures peuvent être prévues afin de raccorder le corps principal 11 à autant de canalisations délivrant les effluents. Selon l'invention, le corps principal 11 de l'éjecteur 10 est percé de cinq orifices 30 d'évacuation 13, 14, 15, 16 et 17. Par définition d'un dispositif d'éjection tel que l'éjecteur 10, on comprend que la somme des sections de passage de ces cinq orifices est strictement inférieure à la section de passage de l'embouchure 12: les effluents alimentant le corps 11 via l'embouchure 12 sortent sous pression du corps 11 via les orifices 13 à 17, en formant des jets respectifs J13, J14, J15, J16 et J17. Suivant une 35 forme de réalisation avantageuse, qui permet de renforcer une répartition uniforme des 3029500 6 effluents entre les orifices 13 à 17, le corps 11 présente un diamètre interne qui est égal ou supérieur à 2,5 fois le diamètre des orifices 13 à 17. Les orifices 13 à 17 sont disposés le long du corps principal 11 de l'éjecteur 10, en étant répartis de part et d'autre du plan médian P. Dans l'exemple de réalisation 5 considéré sur les figures, le plan médian P passe par l'orifice 13 tandis que les orifices 14 et 15 sont symétriques l'un de l'autre par rapport au plan P et les orifices 16 et 17 sont symétriques l'un de l'autre par rapport à ce plan P. Les inventeurs ont établi que les jets J13 à J17 doivent être orientés les uns par rapport aux autres de telle sorte que, dans un plan horizontal, ces jets forment un éventail 10 s'évasant vers l'arrière. Autrement dit, les normales aux plans respectifs des orifices 13 à 17, qui définissent les directions d'éjection des jets J13 à J17, s'écartent les unes des autres dans un plan horizontal en direction de l'arrière du navire 1. Plus précisément, la normale aux plans respectifs des orifices 16 et 17 forme, en projection dans un plan horizontal, un angle 133 par rapport au plan médian P, qui est compris entre 30° et 45°. De 15 plus, la normale aux plans respectifs des orifices 14 et 15 forme, en projection dans un plan horizontal, un angle 132 par rapport au plan médian P, qui est compris entre 15° et 25°. Et la normale au plan de l'orifice 13 s'étend sensiblement dans le plan médian P, ce qui revient à dire que cette normale forme, en projection dans un plan horizontal, un angle 131 par rapport au plan P, qui est sensiblement nul. Cette disposition géométrique en 20 éventail assure une indépendance de chaque jet par rapport aux autres jets, tout en conservant un effet important de pompe dynamique, en forçant vers l'arrière conjointement les effluents éjectés sous la forme des jets J13 à J17 et l'eau de mer fraîche qui est aspirée sous l'action de ces jets. Dans le prolongement des considérations qui précèdent, une disposition 25 géométrique, optionnelle mais avantageuse, consiste à ce que la distance horizontale, séparant deux à deux les orifices 13 à 17 et marquée L sur la figure 3, est comprise entre 400 et 800 mm. Les inventeurs ont également établi que les jets J13 à J17 doivent être orientés vers le bas, c'est-à-dire vers le fond de la mer. Plus précisément, la normale aux plans 30 respectifs des orifices 13 à 17 est dirigée en direction du bas vers l'arrière, en formant, en projection dans le plan médian P, un angle a par rapport à l'horizontale qui est compris entre 10° et 25°. Cette disposition assure que la urface libre S de la mer reste peu impactée par les jets J13 à J17. Selon une autre caractéristique de l'invention, visant à renforcer la formation et 35 l'effet des jets J13 à J17, les orifices 13 à 17 présentent une taille sensiblement identique, 3029500 7 qui est calculée de manière telle que la vitesse d'éjection des effluents au niveau de ces orifices soit comprise entre 12 et 20 m/s. Selon une forme de réalisation préférentielle, qui est d'ailleurs celle de l'exemple montré sur les figures, la forme globale allongée du corps principal 11 de l'éjecteur 10 est 5 cintrée, avantageusement de manière sensiblement symétrique par rapport au plan médian P. Le cintrage du corps 11 facilite l'obtention de l'orientation des normales aux plans respectifs des orifices 13 à 17 selon les angles 131 à 133. En pratique, le contour géométrique de ce cintrage est sans réelle importance tant que les critères angulaires relatifs aux angles 131 à 133 et a sont respectés : ainsi, un arc de cercle, un arc de 10 parabole ou un arc elliptique conviennent. A titre d'exemple pratique, le corps 11 de l'éjecteur 10 est constitué d'un tuyau dont le diamètre interne est compris entre 100 et 250 mm. Suivant une option avantageuse, qui est d'ailleurs mise en oeuvre dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, chacun des orifices 13 à 17 est prolongé par un 15 tube 18 en saillie du corps principal 11 de l'éjecteur 10. Chaque tube 18 présente un diamètre interne compris entre 40 et 80 mm et une longueur, c'est-à-dire une dimension saillante par rapport au corps 11, comprise entre 50 et 75 mm, ce diamètre interne et cette longueur étant avantageusement déterminés de façon à ce que la vitesse d'éjection des effluents à travers ces tubes soit également comprise entre 12 et 20 m/s. 20 La figure 4 permet d'apprécier le fonctionnement de l'éjecteur 10. Cette figure 4, qui correspond à une section verticale d'eau de mer située à environ 3,5 m en arrière de l'éjecteur, résulte d'une simulation numérique, dans laquelle 1000 m3/h d'effluents ayant un pH de 2,4 sont éjectés par l'éjecteur 10 avec une vitesse comprise entre 15 et 16 m/s pendant que le navire 1 est à l'arrêt. La section d'eau de mer considérée sur cette figure 4 25 se répartit en cinq régions de pH, à savoir : - une région A la plus acide, dans laquelle le pH de l'eau est compris entre 6,6 et 6,9 et qui est réparti en cinq zones distinctes, respectivement référencées A13 à A17 ; - une région B, dans laquelle le pH de l'eau est compris entre 6,9 et 7,2 et qui est réparti en cinq zones distinctes, respectivement référencées B13 à B17 ; 30 - une région C, dans laquelle le pH de l'eau est compris entre 7,2 et 7,5 ; - une région D, dans laquelle le pH de l'eau est compris entre 7,5 et 7,8 ; et - une région E la moins acide, dans laquelle le pH de l'eau est compris entre 7,8 et 8. Les zones B13 à B17 de la région B sont interposées entre, respectivement, les 35 zones A13 à A17 de la région A et, conjointement, la région C. La région C est, quant à elle, interposée entre les zones B13 à B17 de la région B et la région D, qui est elle-même 3029500 8 interposée entre les régions C et E. La région E, qui présente un pH correspondant au pH naturel de l'eau de mer, s'étend depuis la région D à, d'une part, la surface libre S de la mer et, d'autre part, le fond de la mer. Les jets J13 à J17 produits en sortie de l'éjecteur 10 pointent respectivement vers 5 le centre des zones Al 3 à Al 7 de la région A. La figure 4 illustre donc bien le fait que les jets J13 à J17 entraînent les liquides environnants, avec pour effet d'éviter l'accumulation de liquides acides, moyennant un renouvellement d'eau de mer fraîche en permanence bien que le navire soit à l'arrêt. On note également que les jets J13 à J17 n'interfèrent pas directement entre eux, gage aussi d'une bonne efficacité. 10 REVENDICATIONS1.- Dispositif (10) d'éjection d'effluents liquides pour un navire marin (1), comprenant un corps creux (11) alimenté par les effluents, qui s'étend de part et d'autre d'un plan médian (P), à la fois vertical et antéropostérieur par rapport au navire, et qui est percé de cinq orifices (13, 14, 15, 16, 17) d'évacuation des effluents, à savoir : - un premier orifice (13) dont la normale au plan s'étend sensiblement dans le plan médian (P), - des deuxième et troisième orifices (14, 15), dont la normale aux plans respectifs s'écarte du plan médian (P) vers l'arrière, en formant, en projection dans un plan horizontal, un angle (f32) par rapport au plan médian qui est compris entre 15° et 25°, et - des quatrième et cinquième orifices (16, 17), dont la normale aux plans respectifs s'écarte du plan médian (P) vers l'arrière, en formant, en projection dans un plan horizontal, un angle (f33) par rapport au plan médian qui est compris entre 30° et 45°, la normale aux plans respectifs des premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices étant dirigée en direction du bas vers l'arrière, en formant, en projection dans le plan médian (P), un angle (a) par rapport à l'horizontale qui est compris entre 10° et 25°. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel les deuxième et troisième orifices (14, 15) sont symétriques par rapport au plan médian (P), et dans lequel les quatrième et cinquième orifices (16, 17) sont symétriques par rapport au plan médian (P). 3.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices (13 à 17) présentent une taille sensiblement identique, adaptée pour que la vitesse d'éjection des effluents au niveau des orifices soit comprise entre 12 et 20 m/s. 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices (13 à 17) sont écartés deux à deux d'une distance horizontale (L) comprise entre 400 et 800 mm. 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps (11) présente une forme globale cintrée, suivant laquelle les premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices (13 à 17) sont répartis. 3029500 10 6.- Dispositif suivant la revendication 5, dans lequel le corps (11) est cintré de manière sensiblement symétrique par rapport au plan médian (P). 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans 5 lequel le corps (11) est constitué d'un tuyau dont le diamètre interne est compris entre 100 et 250 mm. 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre interne du corps (11) est supérieur ou égal à 2,5 fois le diamètre des 10 premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices (13 à 17). 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacun des premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième orifices (13 à 17) est prolongé par un tube (18) en saillie du corps (11), qui présente un diamètre interne 15 compris entre 40 et 80 mm et une longueur comprise entre 50 et 75 mm. 10.- Installation d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur d'un navire marin (1), cette installation comprenant : - un laveur de désulfuration, auquel sont envoyés les gaz d'échappement et 20 auquel est admis de l'eau de mer, et - un dispositif d'éjection (10) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dont le corps (11) est alimenté, directement ou indirectement, par les effluents du laveur de désulfuration.