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"GAZOGENE à DECRASSAGE AUTOMATIQUE par FUSION de CENDRES et à TUYERE INFUSIBLE".
La présente invention a pour objet un gazogène trans- portable à tuyère infusible plus particulièrement applica- ble aux camions, tracteurs et voitures de tourisme.
Un tel gazogène doit être léger et solide, à allumage et départ rapides, souple pour lui permettre de/faire tour- ner le moteur à tout régime, du plus lent au plus rapide et de changer le régime instantanément. Il doit se décras- ser automatiquement avec séparation nette des cendres et du combustible. Il doit pouvoir employer des combustibles quelconques.
Dans les gazogènes de cette espèce, il est avantageux d'utiliser une introduction d'air 4 grande vi- tesse par une ou plusieurs tuyères ; en effet, par cette disposition on réalise ;
1 ) une localisation de la zone de température élévée
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qui peut être maintenue loin des parois, celles-ci n'ayant pas besoin d'être protégées par un matériau 'réfractaire, ce qui permet d'obtenir des gazogènes extra-légers et so- lides convenant particulièrement à l'emploi sur camions ou voituresde tourisme.
2 ) L'évacuation automatique des centres qui fondent ou coulent ou pour une faible part sont entraînées par le torrent gazeux.
3 Une utilisation certaine de l'oxygène de l'air primaire pour l'oxydation directe et instantanée du 'car - bone, à l'état de Co. quelle que soit l'allure, la zone opérante étant toujours extrêmement propre, c'est-à-dire débarrassée de scories ouautres matières incombustibles dont le rôle ne pourrait être que nuisible. Il en ré- sulte une grande souplesse des gazogènes munis de tuyères.
Toutefois la construction de ces gazogènes transpor- tables nécessite certaines précautions relatives aux tuyè- res;en effet, celles-ci, quelle que soit la matière employée pour leur construction, subissent une usure rapide du fait de la température énorme qui règne au nez da la tuyère, surtout dans le cas où le gazogène marche sans vapeur d'eau. Tant que la tuyère est re- froidie par le courant d'air elle résiste assez bien à la température, mais à l'arrêt elle entre en fusion produisant des mâchefers gênantset subissant une eusure considérable.
On a tourné la difficulté dans le cas des gazogènes fixes en utilisant des tuyères de forge ou de cubilot, mais il n'y faut pas songer dans le cas d'un gazogène trane- portable où la préoccupation dominante consiste à diminuer le plus possible le poids mort.
La présente invention répond à cette exigence de la
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façon suivante: le nez soul de la tuyère est refroidi par l'eau, ce qui réctuit au minimum la surface en contact d'un côté avec le feu, de l'autre avec l'eau.
La nez de la tuyère est mis en communication avec un petit radiateur dont la surface externe est calculée de façon que son pouvoir émissif soit égal au pouvoir absorbant du nez de tuyère ou bien avec un petit réservoir calorifu- gé, l'ensemble tuyère-réservoir constituant un générateur de vapeur .
Sur les dessins annexés, à titre d'exemple non limita- tif, dans le but d'aider/la compréhension du texte: les figures 1, 2, 3 et 4 représentent différents modes de réalisation d'un gazogène conforme à l'invention, la figure 5 est une section suivant a-b du réservoir annulaire; la figure 6 r-eprésente une tuyère à soufflage vertical
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aveo son dispositif,* pew91!" la figure 7 montre une ture à soufflage horizontal, les figures 8 et 9 représentent deux tuyères à nez amovible dont l'une est à soufflage horizontal et l'autre à soufflage vertical ; la figure 10 est un schéma du réglage automatique de la proportion de vapeur par rapport à l'air;
la figure 11 représenter, en élévation un gazogène muni des différents perfectionnements, objets de l'invention; la figure 12 montrant en détail, l'alimentation de l'hydrateur et la canalisation d'amenée de vapeur d'eau pen- dant son parcours @ travers la chambre de réchauffage. la figure 13 est une variante d'introduction de la vapeur d'eau. la figure 14 est une variante du dispositif permettant d'utiliser indifféremment du charbon humide, du 'bois sec ou no, de la lignite, etc...
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la figure 15 montre schématiquement un dispositif maintenant constante la composition du gaz;
les figures 16 et 17 montrent deux dispositifs de séparation des cendres par fusion avec suppression de la grille pour le second cas (petits gazogènes) . les figures 18 et 19 montrent la forme aes isothermes en fonction de la vitesse de l'air; les figures 20 et, 21 montrent en coupe et en plan un gazogène plus particulièrement destiné à l'emploi des combustibles bitumineux.
Les figures 1 et 2 représentent schématiquement deux gazogènes transportables du type correspondant à l'invention. Ils sont essentiellement constitués par une cuve C sans garnissage réfractaire comportant les orifi- ces de chargement usuels (leur nombre et leur position pouvant varier sans sortir du domaine du présent brevet), et munis d'un double fond en tronc de cône renversé F.
Sous l'orifice d'éva.cuation se trouve une grille G fixe ou mobile, par exemple pouvant osciller autour d'un axe 2. ou étant animée d'un mouvement convenable par tout dispositif appr oprié .
La tuyère T en relation avez: le réservoir R souffle dans l'axe de l'orifice du double-fond.
Ces deux schémas ne diffèrent que par la position du réservoir par rapport à. la tuyère.
Sur la figure 3 se retrouvent les éléments fondamen- taux indiquésprécédemment; cuve C, double-fond F, grille mobile G, tuyère T. Le réservoir R de la tuyère est à. grand volume d'eau; par sa position concentrique à l'orifice de chargement il épouse entièrement la forme de la cuve du gazogène, se trouvant complètement dissimulé.
Ce type de gazogène convient particulièrement dans le cas d'une production de gaz mixte.
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L'eau de refroidissement arrive au nez de la tuyère par le tube tl et circule dans la couronne c fa le tuyère pour remonter ensuite par le tube t2 au réservoir R et ceci uniquement psr la différence de densités qui existe entre le courant d'eau ascendant mêlé de bulles de vapeur et le courant descendant.. Au fur et à mesure que la température s'élève au nez de la tuyère, de la vapeur s'y forme en plus grande quantité et s'accumule au sommet du réservoir R, cette vapeur par le tube arrive en un point A de la tuyère T où elle se mêle à l'air primaire,
La communication entre R et le nez de la tuyère peut aussi s'effectuer par un seul tube comme représenté par la figure 4.
On reviendra ultérieurement sur le dosage de la vapeur d'eu dans l'air*: primaire.
Le réservoir R est pourvu d'un niveau d'eau N bien en vue du conducteur et permettant à ce dernier de se rendre compte lorsqu'il y a lieu d'alimenter en eau le réservoir ; une canalisation et un robinet seront à cet effet mis à sa portéeitio
La figure 4 représente un dispositif particulièrement intéressant dans le cas où l'on ne veut pas utiliser de vapeur ; le réservoir d'eau R est concentrique au trou de char gement;. il est entièrement soustrait ainsi au rayonnement du foyer et de plus, pour àter le refroidissement, des ailettes augmentent la surface de contact avec l'air ambiant, ainsi qu'il est représenté sur la figure 5 qui est une coupe suivant a-b
La figure 6 est une vue d'ensemble d'une tuyère à soufflage vertical dont le nez B affecte la forme d'une couronne ;
cette couronne est réunie au réservoir R par les tuyauteries t1 et t2 le liquide entre dans t1, suivant la flèche 1 et sort de t2 suivant la flèche 2. Le tube
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t2 pénètre assez profondément dans le réservoir R.
D'ailleurs tout :.iode de réglage pourra être .adopté tout en restent du domaine du présent brevet.
Le réservoir R:comporte un fusible D empêchant l'élé- vation anormale de la pression.
La figure 7 montre une tuyère à soufflage horizontal basée sur le même principe que la précédente.
Les figures 8 et 9 représentent la section de deux tuyères à nez amovible dont l'une est à soufflage horizon- tal (fig. 8) et l'autre (fig. 9) à. soufflage vertical. Leur construction apparaît par simple examen des figures sans qu'il soit besoin d'insister.
Enfin la figure 10 est un détail du réglage automa- tique de la. vapeur par rapport à l'air insufflé. L'air arrive de la soufflamte dans la tuyère T et parcourt le chemin indiqué par les flèches 4-5: ce faisant, il produit une succion sur le tube G où la vapeur arrive suivent le sens indiqué par la flèche 3. Un registre!. est disposé sur un élargissement de la canalisation d'amenée de la va- peur d'eau; cet élargissement 1..) ouvert à sa partie supérieure- est placé à 1'étranglement de la tuyère. Le registre permet d'obtenir un réglage tel qu'à un débit d'air donné corres- ponde une quantité de vapeur proportionnelle) une partie de la vapeur passe à travers le registre, l'excédent s'é- chappant à travers l'ouverture de A.
Si le débit d'air varie, la euccion dans;la chembre A fait de même et la quantité de vcpeur aspirée varie dans le même sens sans qu'on ait à toucher au registre dont la position est réglée une fois pour toutes.
Le débit d'air cessant, il n'y a plu d'appel dans le. cham- bre A etla vapeur s'échappe dans l'atmosphère.
Ce dispositif trouve son application dans le cas du gazogène représenté sur la figure 3.
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La surface de chauffe du générateur, c'est à dire la surface de le. tuyère en contact avec le feu eet calculée de façon que la production de vapeur suffise aux silures les plus poussées. En fait plus le. marche est vive, plus le feu est intense et la production de vapeur importante, ce qui évite la dépense d'eau inutile.
Il y.a lieu de remarquer que pour les tuyères for- mant générateur, on devra employer de l'eau de plui et il faudra les munir de nez amovibles.
En dehors desavanttges généraux indiqués au début de-1 la description, d'autres avantages résultent de l'em- ploi d'une tuyère formant générateur de vapeur; a) le gaz est meilleur et s'allume mieux, b) la température est moins élevée dans la.marche au gaz mixte que dans' la, marche au gaz pauvre, le gazogène chauffe moins; c) la. consommation de combustible est un peu moindre.
L'inconvénient de la marche au gaz mixte telle qu'elle est habituellement pratiquée par injection d'eaux au moyen d'un compte-goutteset qui consiste dans l'impossibilité de réa- liser un bon réglage du débit, se trouve supprimé. En effet le réglage est fait une fois pour toutes et se poursuit automatiquement par la suite, la vapeur étant injectée en quantité proportionnelle au débit d'air.
Le gazogène G (Fig. 11) est un gazogène à soufflage horizontal constitué par une cuve sans garnissage de maté- riaux réfractaires, munie d'une tuyère refroidie T réalisée de façon que 1' encombrement et le poids en soient minimal Cette tuyère T communique avec un réservoir r de circu- lation de l'eau de réfrigération, le réservoir r comporte des ailettes *et contient un volume de liquide très petit (environ un demi-litre pour une tuyère de type courant).
Le liquide réfrigérant est incongelable; ce sera par exemple
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de l'eau additionnée de glycérine ou d'un corps quelconque abaissant suffisamment son point de congélation.
Ce petit réservoir comporte une fermeture étanohe de façon à éviter l'évaporation supprimant ainsi toute surveillance ou entretien de la tuyère; il comporte un fusible non représenté sur la figure, empêchant tout excès de pression, tel que celui qui pourrait résulter par exemple.du réchauffage par une flamme du radiateur à ailettes.
La sortie da gaz se fait à travers une grille oscil- lante ou non Gl ; frappant des chicanes c le gaz abandonne la plus grande partie des poussières qu'il contient. Les chicanes o sont montées sur une tige a, ce qui permet de les sortir aisément, la grille pouvant être solidaire des chicanes et sortir avec elles. La disposition de la tuyère combinée avec la grande vitesse du courant d'air évite absolument la formation de cages; le tas de char- bon étant largement sapé à sa base ne peut pas ne pas s'écouler.
De plus, grâce à la position verticale de la grille on évite le tamisage des parties fines du com- bustible, tamisage qui se produit à la faveur des secousses du véhicule dans les gazogènes dont la grille est hori- zontale et qui oblige à éviter l'emploi du charbon en 'éléments trop fins ou d'agglomérés tant soit peu friables sous peine de grosses pertes de combustible. Une fausse grille horizontale glissée au-dessus de la tuyère permet l'évacuation aisée des scories fondues.
Enfin la distance entre l'entrée de l'air et la sortie du gaz étant.minime la résistance intérieure est, dans ce gazogène, plus faible que dans tout autre, ce qui permet d'employer les fines que la plupart des gazogènes doivent proscrire non seulement à cause de la perte à travers leur grille horizontale, mais encore
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à cause de l'excès de résistance causé par la couche épaisse de poussières que les gaz sont obligés de tra- verser.
Le gazogène peut être muni en outre d'un petit hydrateur 0 (figure 12) réalisant éventuellement l'au- tomatioité del'admission de l'eau sous l'effet de la succion du moteur ou du soufflage du ventilateur.
Cet hydrateur est comparable à un carburateur à essence.
Toute variation de régime se traduisant par un changement de la dépression D causée par la tuyère; le débit de l'eau sera proportionnel à ÚD de même que le débit d'air et par conséquent de même que celui du gaz.
L'hydrataur automatique est donc en tous points compa- rable au carburateur automatique à essence qu'il remplace il présente sur ce dernier des avantages économiques sur lesquels il est inutile d'insister.
L'introduction de l'eau peut se faire en différents points, on peut en effet la mélanger simplement à l'air de la ,tuyère ou bien la vaporiser au moyen de la chaleur du gaz et l'introduire soit avec l'air primaire en V1 (figure 13) soit directement dans le cône de feu en V2, comme c'est le cae pour l'exemple représenté figure 11.
L'hydrateur se trouve en 0 (figures 11 et 12) il est à ni-veau - constant et alimenté par un bec à eau B et l'eau, sollicitée dans le cas présent par la succion du moteur, chemine dans la canalisation S dans le sens descendant : elle circule donc dans la chambre de réfri- gération R en sens inverse du gaz qui sort du gazogène.
Il se produit un contact méthodique, le gaz très chaud rencontrant l'eau surchauffée et voisine de l'étant de vapeur alors que le gaz déjà refroidi se trouve en con- taot avec de l'eau à la température ordinaire ; l'échange de calories s'effectue donc de la façon la plus avantageuse
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à oondition que l'on multiplie la surface de contact en disposant la canalisation S en serpentin ou de toute autre manière appropriée. A la suite de ce cheminement à contre-courant, l'eau vaporisée arrive dans le cône de feu en V2 cependant que le gaz refroidi pénètre dans un sorubber F comportant deux empilages 3,4 de matériaux de remplissage.
Le sorubber est alimenté par une déri- vation de la circulation d'eau du moteur par exemple ; l'eau est aspirée à la base du radiateur 2 par une pompe 1 et refoulée sur la couche 3 de matériaux de remplissage.
Aspirée par la pompe 7 à la base du scrubber elle traverse un filtre 6 qui la. débarrasse des impuretés qu'elle a enlevées au gaz et. rentre dans le radiateur 2 à son sommet; La cylindres contenant moins de calories au gaz pauvre qu'à l'essence, le radiateur fait pour la marche à l'essen- ce suffit pour refroidir le gaz pauvre et absorber le pourcentage voulu des calories dégagées par l'explosion.
Le gaz, après avoir traversé la couche 3 et rencontré l'eau pulvérisée, traverse la couche 4 de matériaux de remplissage qui arrête l'eau vésiculaire entraînée méca- niquement.
Le gaz sort du sorubber en 5 ; il est alors sec, froid et débarrassé de ses impuretés, c'est-à-dire prêt à être utilisé.
Si le charbon de bois sec continue le combustible idéal pour gazogène selon l'invention ;il peut être avantageux d'avoir la possibilité d'utiliser indifféremment du charbon humide, du bois sec ou non, ou même de la li- gnite, de la tourbe, etc... tout en conservant constante la teneur du gaz en 00, condition indispensable à la souplesse du gazogène, il suffit pour cela de modifier légèrement le gazogène suivant la figure 14.
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Une partie du gaz monte suivant les flèches f à travers la masse humide qui cède au gaz ses matières volatiles ; le gaz est collecté de façon homogène ré- gulière autour du tronc de cône 10. Il est sollicité par la trompe 13 à travers le contenseur 11 qui pourra être soit à surface comme représenté sur la figure, soit à mélange par dérivation de l'arrosage du laveur précédemment décrit :puis arrive dans le séparateur
12 }la trompe se compose de la tuyère T du type déjà décrit et de la canalisation centrale 14 ; dans ces conditions, il se produit à l'extrémité de 14 une succion qui provoque le courant gazeux dont on règle le débit - au moyen d'un volet 15.
Ce dispositifpeut trouver son application dans le cas d'un gazogène quelconque à com- bustion et sortie de gaz inférieures, auquel il donnera de la souplesse. En effet, si dans un gazogène qui n'en est pas muni, l'on emploie le charbon humide par exemple, lorsque le moteur ralentit le charbon continue à émettre de la vapeur en abondance ; cette vapeur refroidit le foyer, la proportion de 002 augmente démesurément, le moteur faiblit et il faut constamment modifier le régla- ge de l'air.
Avec le dispositif qui vient d'être décrit, il n'arrive jamais que du charbon seo à la tuyère d'entrée d'air ; la teneur en 00 et CO2 est constante, le moteur acquiert une souplesse incomparable quel que soit le degré d'humidité du combustible ;
Production directe de 00 - :Si la température du foyer est relativement peu élevée, il se forme de l'acide carbonique qui,. d'édant sa chaleur aux couches de combus- tibles qu'il traverse, les porte à une température suffi- sante pour que le CO2 se transforme partiellement en 00 suivant les lois de l'équilibre ;
mais, si la vitesse
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du courant d'air frappant le charbon est suffisante, il se produit, au point où l'air touche le charbon, une température excessivement élevée et le formation de CO est immédiate. Si près de l'entrée d'air que soit fait le prélèvement de gaz, on n'y trouve pratiquement que du CO et de l'azote.
Pour provoquer l'amorçage du phénomène il faut une vitesse de l'air très supérieure à celle qui suffit à' son maintien en activité.
Amorçage de la réaction par ventilateur à pression élevée. Si l'on veut partir à l'essence, on réduit
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l'entrée d'ai pour réaliser la vitesse suffisante à l'a.Norçage.SH-1'e Tsaft ###partir en gedia.Hi' 2,'ontrêo d'jhityipoui' rijftiiaor la vitoaao ouffiontnto b.
Lorsque ce dernier est obtenu, on réduit au minimum la/ dépression de la tuyère sans descendre en dessous d'une valeur telle que la réaction se désamorce.
Le mieux est de déterminer la vitesse de maintien puis de rendre solidaire l'accélérateur, le volet d'air secondaire et le pointeaud'air primaire ; cette disposi- tion est représentée sur la figure 15 des dessins annexés.
On y voit en T la tuyère refroidie ; P est un pointeau dont la tige coulisse dans la portée 4 et qui est comman dé par la vis V ; en 2, volet d'air secondaire et en 3, volet d'admission du mélange. Pour le départ, on agira directement sur le pointeau au moyen de la vis V de façon à diminuer la section de tuyère pour réaliser la vitesse de/1 'air nécessaire à l'amorçage de la réaction de pro- duction directe de 00.
Grâce à ce dispositif, on obtient, avec une perte de charge constante et minimum la constance de la compo- sition du gaz.-
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Séparation du combustible et des cendres.- Les cendres fondent et sortent de lazône du feu grâce à la direction horizontale ou peu inclinée du jet d'air ou restent en poussière et sont entraînées par le cou- rant gazeux et se déposent après la grille vertioale. la figure/16 représente cette disposition : les cendres fondues tombent en 5.
Les'cendres en poussière, entraî- nées par le courant gazeux se déposent en 6 après la grille G1 Il faut éliminer la grille horizontale, car, à la faveur de la marche, il se produit une perte de combustible par tamisage , on utilisera donc une grille verticale ou inclinée que l'on pourra même supprimer dans le cas des petits gazogènes (figure 17)les cendres étant alors évacués plus souvent. Grâce à ce dispositif le gazogène peut utiliser des fines pratiquement inutili- sables avec les gazogènes connus.
Les figures 18 et 19 montrent la forme des isother- mes :
1 ) dans la marche en 002 (petite vitesse de l'air)
2 ) dans la marche en 00 (grande vitesse de l'air) .
Dans le premier cas, le gazogène chauffe, car la zône de feu se rapproche des parois ; de l'eau s'échappe avec le gaz qui n'est pas froid. Le charbon perdant son eau au début n'en contient plus assez par la suite et il faut ajouter de l'eau pour obtenir un gaz riche.
Dans le second cas, le gazogène ne chauffe pas ; l'hu- midité du charbon s'évapore au fur et à mesure que le charbon arrive dans l'étroite zône de feu ; le gaz sort sec et froid, les parois mêmes en tôle non garnies restent froides.
Les figures 20 et 21 donnent une coupe ut un plan d'un gazogène plus particulièrement approprié à l'emploi des
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combustiblesbitumineuxiles produits de distillation avant de gagner la sortie S sont astreints à passer sur une zône à température très élevée où ils se transforment en hydrocarbures stables d'hydrogène.
REVENDICATIONS @
1 ) Gazogènes tr&nsportables à cuve de réaction en t8le nue munis de tuyères dont le nez, amovible ou non peut être refroidi par circulation d'eau, le réservoir d'eau pouvant être auto-ptoducteur de la vapeur d'eau utilisée pour l'obtention du gaz mixte.
2 ) Dispositifs de montage destinés à rendre pratique l'adaptation de ces tuyères sur des gazogènes transportables pour camions, tracteurs et voitures de tourisme et pouvant être également appliqués aux gazogènes fixes, particulières ment aux gazogènes destinés aux colonies.
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