Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2007/003839 PCT/FR2006/050631
METHODE DE CONTROLE NON DESTRUCTIVE D'UN FILTRE A PARTICULES
ET DISPOSITIF DE MISE EN ~UVRE ASSOCIE
L'invention se rapporte au domaine des filtres à
particules de structure en nid d'abeille utilisés dans une
ligne d'échappement d'un moteur pour l'élimination des suies,
typiquement produites par la combustion d'un carburant diesel
dans un moteur à combustion interne. Plus particulièrement,
l'invention se rapporte à une méthode ou procédé de détection
et de caractérisation de défauts internes du filtre tel que
des bouchons poreux, absents ou supplémentaires, des fissures
et de manière générale de tout défaut susceptible d'entraîner
une diminution des performances voire une inactivation dudit
filtre.
Les structures de filtration pour les suies contenues
dans les gaz d'échappement de moteur à combustion interne
sont bien connues de l'art antérieur. Un filtre typique
présente le plus souvent une structure en nid d'abeille, une
de ses faces permettant l'admission des gaz d'échappement à
filtrer et l'autre face l'évacuation des gaz d'échappement
filtrés. La structure comporte, entre les faces d'admission
et d'évacuation, un ensemble de canaux ou conduits adjacents
d'axes parallèles entre eux séparés par des parois poreuses
de filtration, lesquels conduits sont obturés à l'une ou
l'autre de leurs extrémités pour délimiter des chambres
d'entrée s'ouvrant suivant la face d'admission et des
chambres de sortie s'ouvrant suivant la face d'évacuation.
Pour une bonne étanchéité, la partie périphérique de la
structure est avantageusement entourée d'un ciment, appelé
ciment de revêtement dans la suite de la description. Les
canaux sont alternativement obturés dans un ordre tel que les
gaz d'échappement, au cours de la traversée du corps en nid
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WO 2007/003839 2 PCT/FR2006/050631
d'abeille, sont contraints de traverser les parois latérales
des canaux d'entrée pour rejoindre les canaux de sortie. De
cette manière, les particules solides de suie se déposent et
s'accumulent sur les parois poreuses du corps filtrant.
Avantageusement, les corps filtrants sont en matière
céramique poreuse, par exemple en cordiérite ou en carbure de
silicium.
De façon connue, durant sa mise en oeuvre, le filtre à
particules est soumis à une succession de phases de
filtration (accumulation des suies) et de régénération
(élimination des suies). Lors des phases de filtration, les
particules de suies émises par le moteur sont retenues et se
déposent à l'intérieur du filtre. Lors des phases de
régénération, les particules de suie sont brûlées à
l'intérieur du filtre, afin de lui restituer ses propriétés
de filtration. La structure poreuse est alors soumise à des
contraintes thermiques et mécaniques intenses, qui peuvent
entraîner des micro-fissurations susceptibles sur la durée
d'entraîner une perte sévère des capacités de filtration de
l'unité, voire sa désactivation complète. Ce phénomène est
particulièrement observé sur des filtres monolithiques de
grand diamètre.
Pour résoudre ces problèmes et augmenter la durée de vie
des filtres, il a été proposé plus récemment des structures
de filtration plus complexes, associant en un bloc filtrant
plusieurs éléments monolithiques en nid d'abeille. Les
éléments sont le plus souvent assemblés entre eux par collage
au moyen d'un ciment de nature céramique, appelé dans la
suite de la description ciment de joint ou ciment joint. Des
exemples de telles structures filtrantes complexes sont par
exemple décrits dans les demandes de brevets EP 816 065, EP 1
142 619, EP 1 455 923 ou encore WO 2004/090294 et WO
2004/065088.
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WO 2007/003839 3 PCT/FR2006/050631
Les filtres ou blocs filtrants des suies tels que
précédemment décrits sont principalement utilisés à grande
échelle dans les dispositifs de dépollution des gaz
d'échappement d'un moteur thermique diesel. Dans la suite de
la description, on parlera indifféremment de filtres,
structures ou blocs filtrants pour désigner une structure de
filtration selon l'invention.
Il est constant que la production industrielle de telles
structures est complexe en ce qu'elle nécessite de nombreuses
étapes, chaque étape devant être effectuée dans des
conditions optimisées, pour la production au final d'une
structure propre à la fonction de filtration, c'est-à-dire
exempte de défauts internes. Une succession typique des
principales étapes dans un procédé de production classique
comprend, entre autres, l'extrusion d'une pâte à base de SiC
ou de cordiérite en éléments monolithiques du type nid
d'abeille, le bouchage de certaines extrémités des conduits,
la cuisson, éventuellement un usinage, l'application d'un
ciment de revêtement et de joint entre lesdits éléments suivi
de leur assemblage, la solidification dudit ciment
généralement par un traitement thermique approprié. Une
succession typique de telles étapes est par exemple décrite
dans les demandes de brevet WO 2004/065088 ou EP 1 142 619.
On comprend bien que ces étapes (et d'autres) sont autant de
sources de défauts potentiels dans la structure interne du
filtre, par exemple discontinuité(s) des parois au sein d'un
élément en nid d'abeille ou des joints entre éléments,
bouchage imparfait des conduits, fissure(s) des parois ou des
joints, bouchon(s) manquant(s), poreux ou supplémentaire(s),
distribution(s) non homogène des épaisseurs de parois ou des
joints, étanchéité imparfaite du ciment de revêtement. Dès le
stade de la production mais également après un éventuel
procédé de recyclage, la détection et de préférence la
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caractérisation de ces défauts, sont ainsi primordiales car
ceux-ci peuvent affecter de façon sensible l'efficacité et
l'intégrité du filtre, dès sa mise en service ou après
quelques cycles successifs de régénération, durant lesquels
le filtre est soumis à de fortes contraintes thermo-
mécaniques.
On a constaté que la plupart des défauts observés sont
internes au filtre.
En outre, la majorité des méthodes non intrusives
connues à l'heure actuelle ne sont pas assez discriminantes,
seule la destruction du filtre permettant de caractériser
visuellement les défauts internes du filtre.
Une méthode connue est basée sur des mesures de perte de
charge entre les deux faces de la structure. Cette mesure ne
permet cependant pas une discrimination suffisante car elle
est trop fortement liée à la variation intrinsèque de la
porosité et de l'épaisseur des parois.
La demande de brevet FR 2 840 405 décrit une méthode non
destructive de détection de défauts dans un filtre à
particule par l'utilisation d'ultrasons. Il est indiqué que
la mesure du temps de parcours des ultrasons et/ou des
variations de puissance et d'amplitude du signal ultrason
lors de la traversée de la masse poreuse est représentative
des défauts intrinsèques de la structure.
L'un des objets de la présente invention est de fournir
une méthode permettant de caractériser de façon non
destructive un filtre à particule tel que précédemment
décrit.
Plus particulièrement, la présente invention se rapporte
à une méthode non destructive, simple, économique et
suffisamment discriminante pour caractériser et distinguer,
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WO 2007/003839 5 PCT/FR2006/050631
par exemple au cours d'un procédé de production, les
structures en nid d'abeille exemptes de défauts internes des
structures présentant des défauts internes propres à les
rendre inacceptables pour une utilisation comme filtre à
particules.
Plus précisément et selon un premier aspect, la présente
invention se rapporte à une méthode non destructive de
détection des défauts internes d'un filtre, éventuellement
catalytique, notamment utilisé pour le traitement d'un gaz
chargé en particules de suies, ledit filtre comprenant un
élément filtrant en nid d'abeille ou une pluralité d'éléments
filtrants en nid d'abeille, le ou lesdits éléments comprenant
un ensemble de conduits ou canaux adjacents d'axes parallèles
entre eux séparés par des parois poreuses, lesquels conduits
étant obturés par des bouchons à l'une ou l'autre de leurs
extrémités pour délimiter des chambres d'entrée s'ouvrant
suivant une face d'admission des gaz et des chambres de
sortie s'ouvrant suivant une face d'évacuation des gaz, de
telle façon que le gaz traverse les parois poreuses, ladite
méthode se caractérisant en ce qu'on détermine la présence ou
l'absence desdits défauts par la mesure de la propagation
d'un flux de gaz tel que l'air au travers du ou des éléments
filtrants. Par propagation d'un flux , on entend au sens
de la présente invention la variation du flux d'un gaz
traversant la structure via ses parois poreuses.
Lesdits défauts peuvent être du type : discontinuité des
parois au sein d'un élément en nid d'abeille ou des joints
entre éléments, bouchage imparfait des conduits, fissures des
parois ou des joints, bouchon manquant, poreux ou
supplémentaire, distribution non homogène des épaisseurs de
parois ou des joints, étanchéité imparfaite du ciment de
revêtement.
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WO 2007/003839 6 PCT/FR2006/050631
Par exemple, la présence ou l'absence desdits défauts
est déterminée par rapport à une valeur de référence
correspondant à un filtre ne présentant pas de défauts
internes.
Selon un premier mode possible de réalisation de la
présente méthode, la propagation du flux de gaz au travers du
filtre est évaluée par l'analyse du spectre d'émission d'un
rayonnement infrarouge en sortie du filtre, en particulier
par une analyse par thermographie infrarouge.
Selon un autre mode possible, la propagation du flux de
gaz au travers du filtre est évaluée par au moins une mesure
de la vitesse des gaz en sortie dudit filtre.
Bien entendu, les deux modes qui précèdent ne sont pas
limitatifs de la présente invention et toute moyen connu
permettant l'étude de la propagation des gaz au travers du
filtre est compris dans le cadre de la présente invention.
Par exemple, on effectue selon ce deuxième mode un
ensemble de mesures de la vitesse des gaz de manière à
obtenir un profil desdites vitesses en sortie du filtre.
La présence ou l'absence desdits défauts peut être
déterminée par comparaison entre les différentes valeurs de
la vitesse des gaz obtenues sur le filtre.
Le pas de la mesure est avantageusement égal ou
inférieur à la largeur d'un conduit.
Optionnellement, dans certains modes de réalisation de
l'invention, les parois poreuses du filtre peuvent être
préalablement chargées d'une concentration en suie d'au moins
1 gramme par litre.
Selon un autre aspect, la présente invention se rapporte
à un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode
précédemment décrite, comprenant notamment
- des moyens pour impulser un gaz tel que l'air dans
le filtre,
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WO 2007/003839 7 PCT/FR2006/050631
- des moyens de confinement du débit d'air introduit
dans le filtre,
- des moyens de régulation du débit et/ou de la
pression de l'air introduit dans le filtre,
- des moyens de mesure, en sortie du filtre, de la
propagation d'un flux de gaz tel que l'air au travers du ou
des éléments filtrants.
Les moyens de mesure sont par exemple des moyens de
mesure de la vitesse des gaz, par exemple choisis parmi les
anémomètres à hélices, les fils chauds, les tubes de Pitot,
les systèmes à boule chaude, les systèmes à film chaud, les
systèmes de type PIV (Particules image velocimetry), les
systèmes de type LDA (laser doppler anemometry) mesurant
l'effet doppler lié à la vitesse de l'air.
Les moyens de contrôle peuvent comprendre une vanne
papillon associée à une vanne de précision.
Les moyens de mesure peuvent être également des systèmes
dans lesquels la propagation du flux de gaz est évaluée par
l'analyse du spectre d'émission d'un rayonnement infrarouge
en sortie du filtre, en particulier les systèmes d'analyse
par thermographie infrarouge.
La méthode ou le dispositif précédemment décrits
trouvent particulièrement leur application dans
- le contrôle des procédés de fabrication des filtres
à particules,
- le contrôle des procédés de recyclage des filtres à
particules,
- les études pour la conception, la caractérisation
ou la mise au point de nouveaux filtres à particules,
notamment en ce qui concerne la sélection de matériaux
nouveaux ou améliorés utilisables dans lesdits filtres,
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- les études de contrôle de l'endurance des filtres.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description qui suit, illustrée par la figure 1, d'un exemple
de réalisation d'un dispositif selon l'invention permettant
la mise en oeuvre de la présente méthode.
Le dispositif a été conçu dans le but premier de
visualiser les défauts du filtre se développant dans une
direction radiale. Cependant, les expériences menées par la
demanderesse ont démontré que d'autres types de défauts,
présents dans la structure selon une direction longitudinale,
ont un effet sur le signal détecté selon la présente méthode
et son dispositif associé et peuvent par conséquent également
être caractérisés.
Selon les principes de la présente invention, un gaz,
typiquement l'air, est soufflé dans un filtre à particules.
Le profil de vitesse des gaz est mesuré et analysé en sortie
de ce dernier. Dans la suite de la description, on prendra le
cas où le gaz est l'air mais il est bien évident que d'autres
gaz pourraient être utilisés sans sortir du cadre de
l'invention.
Les mesures sont effectuées à débit et idéalement à
pression constante, en entrée (amont) du filtre à particules,
dans le sens de propagation du gaz.
Plus précisément et tel que décrit sur la figure 1, le
dispositif est composé d'un organe tubulaire 1 sur lequel
sont disposés en succession:
1 ) un filtre à air 2:
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Ce filtre est facultatif et a pour fonction d'éviter
l'accumulation dans le système des poussières présentes dans
l'air ambiant.
2 ) une vanne papillon 3:
Cette vanne permet de réguler de manière grossière le débit
et la pression à l'entrée du filtre à particule 4.
Cependant, pour les valeurs les plus basses du débit d'air,
il peut être avantageux de coupler cette vanne 3 avec une
vanne de précision 5. Cette vanne 5 est par exemple du type
guillotine et permet de travailler avec un flux d'air dont la
température est sensiblement constante. L'apport de cette
vanne 5 permet avantageusement une précision sur le débit
inférieur à 1 m3/h (mètre cube par heure) ainsi qu'une
régulation facilitée de la pression à proximité et en amont
du filtre à particule 4, dans le sens de déplacement de
l'air. La précision sur la pression obtenue est de l'ordre de
1 mbar (1 bar = 0,1 MPa).
3 ) une soufflante 6:
La soufflante permet d'impulser l'air dans le filtre 4. Le
débit d'air insufflé dépend en général du type de défaut
qu'on cherche à caractériser. Par exemple, dans une
configuration où le filtre n'est pas chargé en suie ou en un
matériau pulvérulent, le débit d'air soufflé par la
soufflante peut typiquement varier entre 10 et 700 m3/h, de
préférence entre 200 et 400 m3/h.
Dans une configuration ou le filtre est chargé en suie ou en
un autre matériau pulvérulent, le débit d'air soufflé par la
soufflante varie entre 10 et 700 m3/h, de préférence entre 10
et 100 m3/h.
4 ) un débitmètre 7
Le débitmètre permet la vérification et le contrôle du débit
d'air au cours de la manipulation.
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) une longueur de tube 8 ajustée entre la soufflante 6 et
le divergent 9 :
La longueur du tube 8 entre la soufflante et le divergent est
avantageusement prise supérieure à environ 50 fois le
diamètre du tube. Une telle configuration permet notamment
d'obtenir une vitesse sensiblement constante des lignes de
courant du gaz en sortie du tube 8, c'est-à-dire un flux
stabilisé du gaz à l'entrée du divergent.
6 ) un divergent 9:
Pour éviter tout décollement du flux d'air au niveau des
parois du divergent et tout phénomène de turbulence, l'angle
au sommet du divergent est de préférence inférieur à 7 , par
exemple de 6 . Une telle configuration permet notamment une
homogénéité des lignes de courant du gaz arrivant à l'entrée
du filtre à particule.
Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, on accole
directement l'entrée du filtre et la sortie du divergent. On
ne sortirait cependant pas de l'invention si l'enveloppe 10
du filtre (appelé canning dans le métier) présentait une
longueur supérieure à celle du filtre 4, de telle sorte qu'il
existe un espace entre la sortie 11 du divergent 9 et
l'entrée 12 du filtre 4. Par exemple, les essais effectués
par le demandeur ont montré des résultats satisfaisants
lorsqu'un filtre de longueur 6" (1 pouce = 2,54 cm) était
distant de 4" de l'entrée du filtre, un canning de longueur
10" étant utilisé (cf. figure 1).
7 ) un capteur de pression 13 :
Le capteur de pression a pour fonction de vérifier et
contrôler la pression absolue et/ou relative dans la partie
du divergent se trouvant immédiatement en amont du filtre à
particules, dans le sens de progression de l'air.
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8 ) optionnellement un capteur de température 14, à proximité
de l'entrée du filtre 12.
9 ) un système de mesure 15 de la vitesse de l'air
Le système de mesure peut être choisi selon l'invention parmi
tout système connu dans le domaine de la mécanique des
fluides pour mesurer la vitesse d'un flux gazeux. Sans que
cela puisse être considéré comme restrictif, il est par
exemple possible selon l'invention d'utiliser
- un ou plusieurs anémomètres à hélice mobiles
balayant la surface aval du filtre à particule en
sortie du présent dispositif,
- une série ou batterie d'anémomètres fixes ou
mobile et/ou placés à différents endroits en face
arrière du filtre,
- un ou plusieurs fils chauds, voire un ensemble de
fils chauds, la vitesse des gaz étant mesurée en
fonction de la déperdition de chaleur du ou des
fils,
- un ou plusieurs tubes de Pitot,
- les systèmes à boule chaude,
- les systèmes à film chaud,
- les systèmes de type PIV (Particules image
velocimetry),
- les systèmes de type LDA (laser doppler
anemometry) mesurant l'effet doppler lié à la
vitesse de l'air.
Selon l'invention, la présence ou l'absence de défauts est
déterminé par une mesure de la propagation du flux de gaz au
travers de la structure. Par exemple et tel que précédemment
décrit en relation avec la figure 1, cette mesure est
associée à une étude de la vitesse des gaz en sortie de la
structure. Cependant, tout autre moyen pour effectuer ladite
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mesure connu à cette fin peut être utilisé selon l'invention.
En particulier on peut utiliser des systèmes dans lesquels la
propagation du flux de gaz au travers du filtre est évaluée
par l'analyse du spectre d'émission d'un rayonnement
infrarouge en sortie du filtre, en particulier les systèmes
d'analyse par thermographie infrarouge. Les variations
obtenues étant liées aux conditions de passage de gaz au
travers dudit filtre, on obtient un spectre caractéristique
de la présence ou l'absence de défaut(s).
La distance entre la face arrière 16 du filtre et le
système de mesure 15 de l'air est en général un compromis
entre les encombrements engendrés par les dimensions du
système de mesure lui-même et de la puissance du flux d'air
en sortie du filtre.
Pratiquement, on choisit une configuration dans laquelle
cette distance est minimisée pour éviter tout phénomène de
rétromélange des courants gazeux en sortie susceptible de
gêner la mesure de la vitesse des gaz.
En général la distance filtre/système de mesure est comprise
entre 0 et quelques centimètres, de préférence entre 0 et 2
cm.
Selon un mode possible, il est en outre possible, sans sortir
du cadre de la présente invention, de réaliser une
cartographie en deux ou trois dimensions des vitesses de gaz
en sortie du filtre en associant au système de mesure, un
logiciel développé à cet effet.
Le procédé de contrôle selon l'invention d'un filtre à
particules peut être mené selon différents modes, notamment
en fonction du type de défaut recherché.
Selon un premier mode, on cherche à visualiser des
défauts du type bouchon cassé, poreux, supplémentaire ou
paroi non filtrantes. Selon ce mode, le filtre est
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directement placé dans le dispositif de mesure tel qu'il
vient d'être décrit, sans charge préalable.
Selon ce mode, le débit d'air est en général compris entre
200 et 400 m3/h.
L'analyse peut être comparative, par exemple par rapport à
une valeur de référence correspondant à un filtre ne
présentant pas ce type de défaut. Les expériences menées par
le demandeur ont en effet montré que les valeurs de vitesse
de gaz obtenues en sortie de filtre étaient particulièrement
reproductibles si le débit et idéalement la pression de gaz
en entrée du filtre étaient sensiblement identiques pour les
deux filtres (filtre de référence et filtre à analyser). Il
est préférable selon l'invention de travailler à pression
constante pour une meilleure caractérisation du filtre.
Selon une variante, l'analyse peut également être effectuée
par comparaison entre les différentes valeurs des vitesses
obtenues, un écart sensible par rapport à une vitesse moyenne
mesurée indiquant la présence du défaut recherché. Par
exemple un écart relatif local d'au moins 5 %, de préférence
d'au moins 10% par rapport à la vitesse moyenne des gaz
mesurée en sortie du filtre peut être suffisant pour
détecter, caractériser et localiser un défaut interne. Par
écart relatif, il est entendu, au sens de la présente
description, la valeur absolue de la différence de vitesse
rapportée à la vitesse observée sur le filtre de référence de
même format, multipliée par 100.
Selon un autre mode possible dans lequel on cherche
typiquement à visualiser des défauts tels que les fissures ou
des discontinuités des parois, le filtre est placé dans le
dispositif de mesure précédemment décrit après une étape
préalable dans lequel il a été chargé en suies ou de
préférence en un matériau pulvérulent modèle moins nocif que
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la suie mais dont les caractéristiques (granulométrie, forme
des grains etc.) sont proches.
Selon ce mode, le débit d'air peut être compris entre 20 et
40 m3/h. Comme dans le mode précédent, l'analyse peut être
comparative par rapport à une référence connue, dans les
mêmes conditions de débit d'air et de préférence de pression,
mesurées immédiatement en entrée du filtre, dans le sens de
propagation du gaz.
De même que dans le mode précédent, l'analyse peut également
être effectuée par comparaison des vitesses obtenues sur le
filtre analysé, par exemple par rapport à une vitesse moyenne
observée. Selon cette disposition, un écart relatif local
d'au moins 10%, de préférence d'au moins 20% par rapport à la
vitesse moyenne des gaz mesurée en sortie du filtre permet de
détecter, caractériser et localiser un défaut interne du type
fissure, dans les conditions de la mesure.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas à ces modes
de réalisation. En particulier, il est possible, sans sortir
du cadre de l'invention, de visualiser les défauts du type
fissures, discontinuités etc. sur un filtre non chargé en
suie et inversement du type bouchon cassé, poreux etc. sur un
filtre préalablement chargé en suie.
L'invention et ses avantages sont illustrés par les
exemples non limitatifs qui suivent.
Le filtre utilisé dans les exemples qui suivent associe
en un bloc filtrant plusieurs éléments monolithiques en nid
d'abeille. Les éléments extrudés sont en carbure de silicium
(SiC). Après cuisson ils sont usinés puis assemblés entre eux
par collage au moyen d'un ciment à base de carbure de
silicium SiC, la structure ainsi obtenue étant ensuite
enduite d'un ciment de revêtement, selon des techniques bien
connues. La fabrication de telles structures filtrantes est
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en particulier décrite dans les demandes de brevets EP 816
065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 ou encore WO 2004/090294.
Les caractéristiques du filtre utilisé dans les exemples
qui suivent sont reportées dans le tableau 1
Géométrie des canaux carrée
180 cpsi
Densité de canaux (canaux par inch carré,
1 inch = 2,54 cm)
Dimensions d'un canal 1,8 X 1,8 mm
Epaisseur des parois 350 pm
Nombre d'éléments assemblés 16
Forme de la structure cylindrique
longueur 6" (15,2 cm)
Volume 2,48 litres
Tableau 1
Le dispositif utilisé est du type décrit en relation avec la
figure 1. Le divergent présente un angle au sommet de 6 . Le
système de mesure de la vitesse des gaz est constitué d'un
anémomètre à hélice de la marque Schiltknecht, commercialisé
par la société RBI Instrumentations, montés sur deux vérins
disposés en croix, qui permettent ainsi sa mobilité selon
deux axes de déplacement X et Y.
Le système effectue un déplacement pas à pas sur une première
ligne dans la direction X, le pas étant fixé à 1,8 mm. Le pas
est choisi égal à la largeur d'un canal, de façon à obtenir
une discrimination optimale. Une fois la ligne suivant X
complétée, le système descend d'un cran suivant Y. A chaque
déplacement de l'anémomètre dans la direction X ou Y, une
mesure locale de la vitesse des gaz est effectuée. Une
cartographie complète XY des flux est ainsi obtenue.
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Exemple 1
Dans cet exemple, on a cherché à détecter les défauts du type
bouchon défectueux (par exemple cassé ou poreux). L'analyse a
été effectuée sur un filtre comprenant intentionnellement des
bouchons défectueux. Un filtre de référence, sans défaut, a
également été analysé dans les mêmes conditions. Les
principaux paramètres et résultats sont regroupés dans le
tableau 2.
Filtre de
Paramètres et référence / Positions bouchons
résultats positions bouchons défectueux
sans défaut
Pression relative
7,4 mbar
(en entrée du filtre)
Débit d'air
(en entrée du filtre) 301 m3/h 301, 5 m3/h
Température
(en entrée du filtre) 40 C
Vitesse mesurée 10 m/s
12 m/s
(en sortie du filtre) ( 0,3 m/s)
Ecart relatif des
vitesses mesurées 20%
Distance de
l'anémomètre par 1 cm
rapport au filtre
Déplacement de 1,8 mm : le pas est égal à la
l'anémomètre largeur d'un canal
Diamètre de
l'anémomètre à 9 mm
hélice
Tableau 2
Les résultats obtenus montrent que, pour des conditions de
débit et de pression d'air en entrée du filtre équivalentes,
les vitesses mesurées à chaque pas par l'anémomètre
a) pour le filtre de référence,
b) pour les parties du filtre sans défaut,
sont sensiblement identiques (10 m/s) avec une faible
variation absolue (0,3 m/s).
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D'autre part, l'écart relatif entre la valeur de référence
ainsi déterminée et la valeur de vitesse obtenue lorsque la
mesure est effectuée au niveau des bouchons défectueux est
significatif (20%) et permet la détermination, la
caractérisation et même la localisation des bouchons
défectueux.
Il a été en outre vérifié par la destruction du filtre et la
visualisation réelle des défauts que les positions des
défauts trouvés par la mesure des vitesses de gaz
correspondaient aux positions exactes des bouchons
défectueux.
Exemple 2 :
Dans cet exemple, on a cherché à détecter les défauts du type
bouchon supplémentaire ou paroi non filtrantes. L'analyse a
été effectuée sur un filtre comprenant intentionnellement des
bouchons supplémentaires. Un filtre de référence, sans
défaut, a également été analysé dans les mêmes conditions.
Les principaux paramètres et résultats obtenus sont regroupés
dans le tableau 3.
Filtre de référence
Paramétres et Positions bouchons
résultats / positions supplémentaires
normales bouchons
Pression relative
(en entrée du filtre) 10,3 mbar
Débit d'air 352 m3/h 351 m3/h
(en entrée du filtre)
Température
(en entrée du filtre) 40 C
Vitesse mesurée 12 m/s 10,5 m/s
(en sortie du filtre) ( 0,3 m/s)
Ecart relatif des
vitesses mesurées 12,5%
Distance de
l'anémomètre par 1 cm
rapport au filtre
Déplacement de 1,8 mm : le pas est égal à la largeur
l'anémomètre d'un canal
Diamètre de 9 mm
l'anémomètre à hélice
Tableau 3
CA 02613710 2007-12-27
WO 2007/003839 18 PCT/FR2006/050631
Comme dans l'exemple précédent, les résultats obtenus
montrent que, pour des conditions de débit et de pression
d'air en entrée du filtre équivalentes, les vitesses mesurées
à chaque pas par l'anémomètre
a) pour le filtre de référence,
b) pour les parties du filtre sans défaut,
sont sensiblement identiques (12 m/s) avec une faible
variation absolue (0,3 m/s).
D'autre part, l'écart relatif entre la valeur de référence
ainsi déterminée et la valeur de vitesse obtenue lorsque la
mesure est effectuée au niveau des bouchons défectueux est là
encore significatif (12,5%) bien que les débits d'air soient
importants et permet la détermination, la caractérisation et
même la localisation des bouchons supplémentaires.
Les positions des défauts trouvés par la mesure des vitesses
de gaz correspondent aux positions exactes des bouchons
supplémentaires intentionnellement ajoutés.
Exemple 3 :
Dans cet exemple, on a cherché à détecter les défauts du type
fissure de parois, observés après plusieurs cycles de
régénération du filtre. Un filtre de référence, sans défaut,
a également été analysé dans les mêmes conditions. Avant la
mesure, les parois des deux filtres ont été chargées en suies
jusqu'à atteindre une quantité des suies dans le filtre égale
à 7 grammes par litre. Les principaux paramètres et résultats
obtenus sont regroupés dans le tableau 4.
CA 02613710 2007-12-27
WO 2007/003839 19 PCT/FR2006/050631
Paramètres et Filtre de Positions parois
référence /
résultats fissurées
positions normales
Pression relative
(en entrée du filtre) 12,4 mbar
Débit d'air 39,6 m3/h 39,6 m3/h
(en entrée du filtre)
Température
40 C
(en entrée du filtre)
Vitesse mesurée 1,9 m/s 2,65 m/s
(en sortie du filtre) ( 0,1 m/s)
Ecart relatif des
vitesses mesurées 39%
Distance de
l'anémomètre par 1 cm
rapport au filtre
Déplacement de 1,8 mm : le pas est égal à la largeur
l'anémomètre d'un canal
Diamètre de
l'anémomètre à 9 mm
hélice
Tableau 4
Les filtres étant chargés en suie, la pression de l'air en
entrée de filtre est sensiblement supérieure à celle des deux
premiers exemples et les vitesses mesurées de sortie des gaz
beaucoup plus faible. Les résultats obtenus dans ces
conditions montrent que, pour des conditions de débit et de
pression d'air en entrée du filtre équivalentes, les vitesses
mesurées à chaque pas par l'anémomètre entre le filtre de
référence et les parties du filtre sans défaut sont
sensiblement identiques (1,9 m/s) avec une faible variation
absolue (0,1 m/s).
D'autre part, l'écart relatif entre cette valeur de référence
et la valeur de vitesse obtenue lorsque la mesure est
effectuée au niveau des partie défectueuse du filtre est
significatif (39%) et permet la détermination, la
caractérisation et la localisation des fissures internes.
CA 02613710 2007-12-27
WO 2007/003839 20 PCT/FR2006/050631
L'analyse classique par des méthodes destructrices du filtre
a montré que les positions des défauts trouvés par la mesure
des vitesses de gaz correspondent bien à des endroits où les
parois étaient fissurées.
Le dispositif et la méthode selon l'invention peuvent
permettre d'évaluer rapidement un filtre à particules à
l'issue de sa production. Par exemple, le dispositif peut
être installé en marge de la ligne de production, l'analyse
d'une portion des filtres produits permettant la validation
d'un lot entier de production. Selon un autre exemple un
dispositif selon l'invention peut être disposé en sortie de
la ligne de production et l'ensemble des filtres produits
contrôlés en fin de ligne, pour répondre à des objectifs de
qualité du produit.
L'invention est également applicable à la recherche de
défauts sur le filtre après recyclage de celui-ci,
fournissant en cela une technique moins onéreuse et plus
précise que celle décrite dans le brevet FR 2 840 405.
De la manière la plus générale, la méthode et le dispositif
selon l'invention s'appliquent non seulement au contrôle des
procédés de fabrication ou de recyclage des filtres tel que
précédemment décrit mais également
- aux études pour la conception, la caractérisation ou la
mise au point de nouveaux filtres à particule, notamment en
ce qui concerne la sélection de matériaux nouveaux ou
améliorés utilisables dans lesdits filtres,
- aux études de contrôle de l'endurance des filtres, etc.
La présente invention est applicable pour la détection
de défauts présents aussi bien dans des filtres à particules
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WO 2007/003839 21 PCT/FR2006/050631
simples, c'est-à-dire n'assurant qu'une fonction de
filtration des suies, que dans des filtres catalytiques,
associant la fonction de filtration des suies à une activité
de conversion des gaz polluants du type oxydes d'azote, de
soufre ou monoxyde de carbone. De tels filtres catalytiques
sont par exemple obtenus par imprégnation de la structure
initiale dans une solution comprenant le catalyseur ou un
précurseur du catalyseur.
