La présente invention concerne rélimination de polluants contenus dans les gaz d'échappement.

Le principe du dispositif de précipitation à écoulement turbulent consiste à faire passer un fluide en écoulement turbulent dans un canal à travers un grand nombre d'espaces étroits et profonds reliés au moins en partie par des surfaces pleines disposées le long du canal et communiquant librement avec le fluide qui y circule. De fines particules en suspension dans le fluide suivent les fluctuations de vitesse de l'écoulement turbulent et sont ainsi entraînées dans les espaces étroits et profonds où les turbulences disparaissent et où les particules se déposent sur les surfaces pleines par inertie, par interception ou par diffusion brownienne. Le brevet anglais GB-2.264.655B, décrit un tel principe.

Dans le brevet précité, le principe du dispositif de précipitation à écoulement turbulent (TFP) a été décrit concernant notamment la récupération de fines particules contenues dans les courants de gaz. La présente invention concerne de manière plus spécifique une application particulière du principe du dispositif de précipitation à écoulement turbulent permettant de piéger, puis d'oxyder des polluants particulaires présents dans les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne tels que des moteurs diesel ou à essence. Les

polluants piégés peuvent être oxydés naturellement par la chaleur des gaz d'échappement ou par la mise en oeuvre de brûleurs ou d'éléments chauffants. y compris des éléments chauffants électriques. La température requise pour l'oxydation peut être réduite par l'utilisation d'additifs pour combustibles appropriés ou par l'intermédiaire d'un catalyseur approprié déposé sur les surfaces collectrices, ou encore de manière différente.

Afin de piéger les émissions de véhicules équipés de moteurs à combustion interne, le dispositif TFP doit répondre à des conditions particulières. Il doit être capable de collecter et de piéger des particules de suie ultrafines d'une taille inférieure à 0,5 micromètres, avec un bon rendement (au moins 70 %), il doit présenter une forme compacte comparable aux dimensions d'un silencieux type, il doit pouvoir traiter des flux de gaz relativement importants compris entre environ 50 1/s et environ 500 1/s, il doit fonctionner avec des pertes de charge relativement faibles afin d'éviter des effets indésirables sur les performances des moteurs, la consommation de carburant et par conséquent les émissions de polluants; il doit en outre pouvoir être aisément régénéré une fois installé sans qu'il soit nécessaire de couper le moteur ou d'arrêter le véhicule pour ce faire. Dans le cas de sources stationnaires, il n'y a aucune limitation stricte relative à la taille admissible pour le dispositif TFP.

Un certain nombre de modèles possibles de dispositifs TFP répondant aux conditions mentionnées ci-dessus ont été réalisés. Ils ont en commun les caractéristiques suivantes. Ils se composent d'un canal ou de plusieurs canaux parallèles d'un diamètre compris entre environ 5 mm et environ 30 mm, bien

que des dimensions différentes soient possibles. Chaque canal est entouré d'un grand nombre d'espaces ou de cavités profonds dans la direction perpendiculaire à l'axe du conduit et étroits dans le sens parallèle audit axe. Ces espaces peuvent ou non relier des canaux disposés les uns à côté des autres. Toute connection entre des canaux disposés les uns à côté des autres doit être suffisamment petite pour interdire tout écoulement transversal entre les canaux d'écoulement. Le débit des gaz d'échappement dans le canal ou les canaux est typiquement de l'ordre d'environ 5 m/s à environ 50 m/s, bien que d'autres vitesses soient possibles pour un régime turbulent, tandis que les fluctuations de vitesse de l'écoulement turbulent entraînent les émissions de particules dans les espaces qui entourent le canal ou les canaux, où elles se déposent sur les parois formant les cavités. Ces cavités constituent les pièges destinés aux particules émises, le canal ou les canaux n'étant ainsi pas obstrué(s) et autorisant de ce fait l'écoulement des gaz d'échappement. Des températures de fonctionnement basses donnent lieu à un rendement de piégeage plus élevé et sont de ce fait préférables aux températures de fonctionnement élevées pour le dispositif TFP. Le dispositif peut être réalisé avec des métaux appropriés résistant aux températures élevées, tels que de l'acier inoxydable 310, ou en céramique.

En d'autres termes, la présente invention consiste en un appareil destiné à recueillir les particules contenues dans les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comportant au moins un canal et de préférence plusieurs canaux d'écoulement parallèles non-obstrués d'un diamètre compris entre environ 3 mm et 30 mm et d'une longueur d'environ 10 cm à 100 cm. ledit canal étant entouré de tous côtés d'espaces, cavités ou poches d'environ 1 mm

de large et d'environ 5 mm de profondeur dans la direction perpendiculaire à l'axe du canal, lesdits canaux étant tels que les gaz d'échappement s'écoulent à une vitesse comprise entre environ 5 m/s et 50 m/s.

L'appareil selon l'invention comporte également des moyens d'oxydation des particules déposées sur les parois desdits espaces, cavités ou poches, lesdits moyens comprenant un catalyseur approprié déposé sur les parois des canaux ou des additifs pour combustible ou encore des brûleurs, ou encore des résistances électriques chauffantes.

Plus précisément, lesdits canaux peuvent avoir des sections angulaires telles que des sections carrées ou des sections arrondies telles que des sections circulaires.

De plus, lesdits espaces, cavités ou poches peuvent s'étendre de manière ininterrompue sur la totalité de la circonférence dudit canal d'écoulement présentant ainsi soit la configuration d'un canal en forme de soufflet, soit celle qu'aurait un canal formé d'une succession de plaques à orifices placées à intervalles rapprochés dans un conduit.

Selon un autre mode de réalisation, lesdits espaces, cavités ou poches peuvent être constitués de tubes ou capillaires dont les axes sont perpendiculaires à l'axe général du canal d'écoulement.

En outre, lesdits espaces, cavités ou poches et lesdits canaux sont disposés de telle manière que lesdits espaces, cavités ou poches ne relient pas les canaux d'écoulement voisins entre eux.

Selon une autre disposition, le degré de connection est suffisamment petit pour interdire tout écoulement transversal entre lesdits canaux via lesdits espaces, cavités ou poches.

L'invention concerne également une méthode permettant de recueillir les particules contenues dans les gaz d'échappement émis par des moteurs à combustion interne, consistant à faire circuler lesdits gaz d'échappement à travers au moins un canal, de préférence plusieurs canaux parallèles non- obstrués d'un diamètre compris entre environ 3 mm et 30 mm et d'une longueur d'environ 10 cm à 100 cm, ledit canal étant entouré de tous côtés par des espaces, des cavités ou des poches d'une largeur d'environ 1 mm et d'une profondeur d'environ 5 mm dans la direction perpendiculaire à l'axe du canal. lesdits gaz d'échappement s'y écoulant à une vitesse comprise entre environ 5 m/s et environ 50 m/s, de telle manière que les particules se déposent sur les parois desdits espaces, cavités ou poches et n'obstruent pas la section d'écoulement desdits canaux.

Ladite méthode consiste à oxyder les particules déposées sur les parois desdits espaces, cavités ou poches soit au moyen d'un catalyseur approprié déposé sur lesdites parois des canaux, soit en utilisant des additifs pour combustible appropriés, des brûleurs, ou encore par d'autres moyens.

On trouvera ci-après deux calculs réalisés sur des échantillons A et B. qui illustrent le potentiel d'un dispositif TFP sur la base d'un débit de gaz d'échappement de 50 m/s et d'une puissance de 45 kW adaptée aux petites voitures particulières.

A.

B.

- La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de précipitation à écoulement turbulent selon l'un des modes de réalisation de l'invention, certaines parties n'étant pas représentées pour des raisons de clarté.

- les figures 2, 2A et 2B présentent respectivement une vue en perspective et deux vues en coupe d'un dispositif de précipitation à écoulement turbulent selon un autre mode de réalisation de l'invention,

- la figure 2C est une vue en perspective de l'intersection de deux plaques plissées utilisées dans la structure de la figure 2A,

- les figures 3A à 3C sont différentes vues de la construction d'un dispositif de précipitation à écoulement turbulent selon un autre mode de réalisation de l'invention,

- Les figures 3D et 3E montrent respectivement une perspective et une section d'un autre mode de réalisation de l'invention;

- Les figures 4A et 4B représentent une coupe longitudinale d'un conduit réalisé selon un autre mode de réalisation de l'invention, ainsi qu'une vue éclatée d'une plaque;

- la Figure 5 comprend une coupe longitudinale (fig. 5B) d'un conduit réalisé selon un autre mode de réalisation de l'invention, ainsi qu'une vue éclatée (fig. 5A) de plaques;

- la figure 6 représente respectivement une vue en perspective d'une partie du conduit (fig. 6A) et deux vues en coupe d'un canal d'écoulement (fig. 6B. fig. 6C);

- la figure 7 représente une coupe longitudinale (fig. 7B) d'un conduit réalisé selon un autre mode de réalisation de l'invention, ainsi qu'une vue en perspective (fig. 7A) d'une partie du conduit; et

- la figure 8A représente une vue en perspective de plaques et de leur assemblage selon un empilement réalisé selon un mode particulier de réalisation de l'invention.

- la figure 8B représente en coupe et en éclaté un mode de réalisation de l'invention.

La figure 1 représente un canal unique (1) muni de parois plissées. Les plis peuvent présenter des profils triangulaires (tels que ceux représentés) ou autres (tels que des profils rectangulaires par exemple). La hauteur des plis peut être comprise entre environ 4 mm et environ 40 mm, avec un pas d'environ 1 mm à environ 10 mm, bien que d'autres dimensions soient également possibles. Le rapport de la hauteur sur le pas des plis est compris entre environ 1 et environ 8. Les plis constituent les pièges destinés à recueillir les émissions de particules.

La figure 2A représente une structure en nid d'abeille constituée de quatre parois plissées. Elle représente également deux sections (AA et BB) de la structure :

La section AA (fig. 2A) représente la moitié supérieure et la section BB (fig. 2B) la moitié inférieure desdits canaux à parois plissées. En raison du mode de construction, les parois qui divisent l'unité en quatre compartiments se coupent de manière différente dans la partie supérieure (section AA) et dans la partie inférieure (section BB).

Le principe de construction d'une structure en nid d'abeilles constituée de canaux à parois plissées est présenté dans la figure 2C. Chacune des plaques plissées qui se coupent comporte une entaille ou fente dont la largeur est égale à la hauteur de la cannelure et qui se termine à mi-hauteur de chaque cannelure.

La figure 3 A représente un dispositif TFP réalisé à partir d'un monolithe à structure en nid d'abeille en céramique utilisé de manière conventionnelle dans la fabrication de convertisseurs catalytiques d'automobiles. Le monolithe d'origine, constitué de capillaires d'un diamètre d'environ 1 mm est découpé en sections A et certaines de ces sections sont elles-mêmes découpées en bandes B, comme le montre la figure 3B. Les sections A et les bandes B sont ensuite assemblées en utilisant un ciment approprié résistant aux températures élevées pour former le dispositif TFP final. Des canaux ouverts 1 d'un diamètre type d'environ 5 mm à environ 10 mm, entourés de capillaires 2, sont ainsi formés, comme on peut le voir dans la figure 3C. Les gaz d'échappement s'écoulent à

travers les canaux non-obstrués 1 d'un diamètre d'environ 5 mm a envnon 10 mm, tandis que les particules contenues dans les émissions se déposent sui les capillaires 2 d'un diamètre d'environ 1 mm ou elles sont entraînées pai les fluctuations de vitesse de l'écoulement turbulent

La figure 3D présente un autre mode d'utilisation d'une structure en nid d'abeille conventionnelle en céramique Dans ce cas, des canaux d'écoulement 1 ont été percés dans la structure en nid d'abeille Les canaux 1 sont perces ou forés dans le monolithe conventionnel dans une direction perpendiculaire à l'axe des capillaires 2

Les figures 4A et 4B représentent un dispositif TFP à canal unique réalise à partir de plaques 3 comprimées ou pliées ou en céramique Comme on peut le voir dans la figure 4A, les plaques 3 sont compπmées entre elles par tension au sem du conduit, transmise à travers l'enveloppe finale. Les plaques peuvent être scellées au conduit avec de la colle réfractaire ou par soudage, toutes les dix plaques par exemple. Sur cette figure, le conduit et les canaux 1 associes aux poches de piégeage 2 présentent une configuration carrée, mais de nombreuses autres formes peuvent également être choisies Les bords replies sont constitués de petites surfaces relevées permettant leur séparation

Les figures 5A et 5B représentent un dispositif TFP à quatre canaux réalisé à partir de plaques perforées 3 ou en céramique Les plaques peuvent être compnmées par tension au sein du conduit transmise par l'enveloppe finale Les plaques pourraient également être scellées au conduit avec de la colle réfractaire ou par soudage de toutes les dix plaques Sui cette figure, le

dispositif comporte quatre canaux 1 avec leurs poches 2, mais il peut également être doté d'un canal unique ou d'un grand nombre de canaux 1. Sur cette figure, le conduit et les canaux présentent une configuration carrée, mais de nombreuses autres formes peuvent également être choisies.

Les figures 6A, B et C représentent un dispositif TFP à quatre canaux moulé dans du métal ou de la céramique. La figure 6A est une vue en perspective, la figure 6B est une coupe transversale et la figure 6C est une coupe longitudinale. Cette structure peut être logée dans une enveloppe externe métallique et être moulée en sections longitudinales ou autres, ces sections pouvant être maintenues entre elles par compression. Elles peuvent être scellées à l'enveloppe avec du ciment réfractaire. Le dispositif comporte quatre canaux sur ces figures, mais il peut également être doté d'un canal unique ou d'un grand nombre de canaux. Sur ces figures, le conduit et les canaux présentent une forme carrée, mais de nombreuses autres formes sont également envisageables. Une section transversale d'un canal d'écoulement unique est représentée. Le canal est séparé en deux longitudinalement comme le montre la ligne noire sur le schéma, puis moulé sous la forme de deux moitiés identiques. Un nombre quelconque de canaux d'écoulement peut être réalisé en empilant l'enveloppe finale décrite ci-dessus dans une enveloppe sous pression. Elle peut être moulée sous la forme de portions de petite longueur qui sont ensuite emboîtées les unes dans les autres selon une structure imbriquée appropriée.

Le canal d'écoulement est moulé en deux parties. Le trait continu 5 traversant le schéma (approximativement) en diagonale représente la ligne

d'assemblage des deux moitiés Considérée séparément, chacune de ces deux moitiés est une pièce moulée constituée d'un élément de support droit similaire a un fer cornière dont la face interne comporte une multitude de "dents ' disposées a intervalles rapprochés les unes des autres et présentant la forme montrée sur le schéma La figure 6C, qui est une coupe longitudinale, représente deux canaux ( 1 ) séparés et entourés par des parois pleines 4 munies de "dents" formant les poches de piégeage (2) Les deux canaux représentes sur la coupe longitudinale de la figure 6C présentent en fait la forme de deux soufflets. Ce mode de réalisation constitue simplement un autie mode de construction de la géométrie du mode de réalisation présenté dans les figures 1 et 2.

Les figures 7A et 7B représentent un dispositif TFP à quatre canaux réalisé en métal ou en mailles, en matelas de fibres ou en éponge de céramique et logés dans une enveloppe externe métallique La zone grisée représente les mailles, les matelas de fibres ou l'éponge. Une structure en nid d'abeille peut également être utilisée. Cette figure présente quatre canaux de forme carrée; il est également possible de réaliser un canal unique ou un grand nombre de canaux de différentes formes. La figure 7B représente une coupe transversale d'une structure en nid d'abeille avec une séparation centrale Les intersections aux parois de séparation peuvent être réalisées de différentes manières en vue d'obtenir la résistance requise Une structure ouverte en éponge est également possible.

La figure 8A représente un dispositif TFP à quatre canaux réalisé à partir de plaques 6 séparées par des rondelles 7. Des tiges de compression 8 longitudinales assemblent lesdits éléments 6. 7.

La figure 8B représente un dispositif TFP réalisé à partir d'un empilement de plaques céramiques 6 munies de sections en saillie faisant office de rondelles. En d'autres termes, un interstice est formé sur une face d'une plaque du fait d'un évidement important dans la profondeur de ladite plaque.