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Mémoire descriptif à l'appui de la. demande de brevet pour: "DISPOSITIFS POUR ALIMENTER DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE AVEC DES MELANGES D'AMMONIAC, HYDROGENE ET AZOTE PREPARES--.EN..
PARTANT D'AMMONICA".
Dans la demande de brevet que la demanderesse a déposée le 16 décembre 1935 sous le N de dépôt 31367 cas S/S' on a proposé d'employer comme combustible pour les moteurs à com- bustion interne des mélanges d'ammoniac et hydrogène éventuel- lement additionnés d'autres gaz combustibles ou inertes et ayant des compositions telles que le rapport volumétrique entre l'ammoniac et l'hydrogène qu'ils contiennent soit.compris entre 3 et 19.
Dans le brevet susmentionné on a dit que de tels mélan- ges peuvent être préparés en employant uniquement de l'ammoniac
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dont un pourcentage compris entre 3,4 et 18,2 devra être dé- composé en hydrogène et azote cette décomposition étant accom- plie en faisant passer l'ammoniac sur des matières semblables à celles qui sont employées comme catalyseurs dans la fabrica- tion de l'ammoniac synthétique.
La présente invention concerne des dispositifs qui per- mettent de préparer des mélanges d'ammoniac,hydrogène et azote ayant des compositions correspondantes à ce qui est dit ci-des- sus et d'employer des mélanges pour l'alimentation de moteurs à combustion interne. Dans la description de ces dispositifs on se référera au dessin schématique annexé qui représente, à titre d'exemple, une des formes constructives plus simples, qu'on peut donner aux dispositifs en question.
Dans le dessin annexé A est un récipient pourvu d'un robinet et contenant de l'ammoniac liquide, B le récipient où l'ammoniac liquide est vaporisé, C l'appareil de catalyse, c'est à dire l'appareil contenant le catalyseur capable de faire accomplir la décomposition de l'ammoniao; D est une tuyauterie dans laquelle l'air comburant, aspiré par le moteur, entre à travers le filtre E; G est une vànne à fermeture automatique qui se ferme automatiquement lorsque le moteur s'arrête,H est la tuyauterie d'alimentation du moteur ;
I ,11,12, est la tuyau- terie à travers laquelle les gaz d'échappement du moteur sont évacués à l'extérieur suivant le parcours indiqué par les flè- ches ; cette tuyauterie a une partie J de dimensions telles à pouvoir contenir dans son intérieur l'appareil de catalyse C et l'échangeur de chaleur ,tout en laissant libre un espace suffisant pour le passage des gaz d'échappement; L est une tuyauterie qui raccorde A avec B et qui à son extrémité qui se trouve dans l'intérieur du récipient B,est pourvue d'une vanne à fermeture automatique U qui permet à l'ammoniac liqui- de de passer de A à B ,tandis qu'elle lui empêche de passer de B à A.
K est un échangeur de chaleur, M une tuyauterie qui raccorde les appareils B et T; N est une tuyauterie qui raccor- de l'appareil de catalyse C avec l'échangeur de chaleur K;
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R une tuyauterie qui raccorde l'éohangeur de chaleur K avec la vanne G et le tube H; la tuyauterie R est pourvue du sépa- rateur d'eau S; la tuyauterie P, munie de la vanne Q, raccor- de la partie supérieure du récipient A avec un point de la tuyauterie R compris entre S et G. On note enfin que B est pourvu d'un appareil qui permet de la chauffer avec de la chaleur outre que celle cédée par l'échangeur K. Dans le dessin annexé on a indiqué à ce but un récipient ¯0 entourant le récipient B, l'espace annulaire compris entre les deux étant parcouru par un fluide chaud entrant en haut et sortant en bas, comme indiqué par les flèches.
Lorsque l'appareil en question est effectivement construit comme on l'a représenté sur le dessin, en emploie généralement comme fluide de chauffage ou les gaz d'échappement(dont une partie sera dérivée en raccor- dant la tuyauterie par laquelle le fluide de chauffage entre en 0 avec un point quelconque de la tuyauterie 11,11,12) ou bien de l'eau chaude provenant de la réfrigération des cylindres; en particulier dans le cas des voitures automobiles cette eau peut être dérivée de la tuyauterie qui conduit l'eau chaude au radiateur et être ensuite renvoyée au radiateur même. Une vanne non représentée sur le dessin permet de régler, aussi bien que d'interrompre, la circulation du fluide de chauffage en question; cette circulation peut d'ailleurs être réglée automatiquement aussi, à l'aide d'un thermo-régulateur.
En marche normale le fonctionnement de ce dispositif est le suivant: la vanne étant fermée, l'ammoniac liquide, par effet de la pression qu'on a en A, fait ouvrir la vanne U et passe du récipient A au récipient B où il se vaporise; l'ammoniac gazeux ainsi produit est amené par la tuyauterie M à l'échangeur de chaleur T et de celui-ci à l'appareil C; en T l'ammoniac gazeux est chauffé jusqu'2 une température qui de préférence est presqu'égale à la température à laquelle fonctionne l'appareil C; en c une partie de l'ammoniac) se décompose en hydrogène et azote ; température à laquelle c @
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doit être maintenu est généralement comprise entre 320 et 450 ;
dans certains cas elle peut toutefois atteindre même 600 C.
L'échangue T et l'appareil C sont maintenus à la température nécessaire par les gaz d'échappement qui circulent autour d'eux. La réaction endothermique de décomposition de l'ammoniac s'accomplit ainsi dans l'appareil C au dépens de la chaleur contenue dans les produits de la combustion, une partie de cette chaleur étant par conséquent récupérée.
Le mélange d'ammoniac .hydrogène et azote qui sort de Ç est amené par la tuyauterie N à l'échangeur de chaleur K où il se refroidit cédant à l'ammoniac qui se trouve dans le récipient B toute ou une partie de la chaleur qui lui est nécessaire pour se vaporiser(oomme il résulte de ce que l'on a dit, une partie de cette chaleur peut être fournie à l'ammoniac par l'appareil C) .Par effet du dit refroidisse-' ment on peut avoir dans la tuyauterie R une condensation d'eau; ce fait arrive surtout lorsque l'ammoniac employé n'est pas absolument anhydre ou contient dissous de l'oxygène et lorsque le catalyseur qui se trouve en Ç contient de petites quantités d'oxydes qui sont lentement réduites par l'hydrogène.
Cette eau est séparée et recueillie par le séparateur S; on évite ainsi qu'elle puisse arriver à la vanne G et empêcher à cette vanne, et par conséquent aussi au moteur même, de fonctionner régulièrement.
A sa sortie de S, le mélange d'ammoniac .hydrogène et azote passe par la vanne G et entre dans le tube H où il se détend jusqu'à. la pression atmosphérique en se mélangeant à l'air comburant avec lequel il va à l'alimentation du moteur.
La forme constructive que l'on vient de décrire est celle qu'on emploie généralement lorsqu'il s'agit d'alimenter des moteurs dans lesquels le combustible et l'air comburant sont introduits dans les cylindres à la pression atmosphérique.
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Cette même forme peut, avec quelques variantes, servir aussi lorsque le mélange d'ammoniac,hydrogène et azote doit être admis dans les cylindres du moteur sous une pression relativement élevée comme dans le cas de moteurs du type Diesel.
Dans ce cas il est évidemment utile que le mélange en question ait dans la tuyauterie R une pression supprieure à celle laquelle le mélange même doit être admis dans les cylindres puisqu'ainsi on peut éviter de devoir employer des appareils accessoires pour la compression du mélange même. Pour obtenir en R une pression suffisamment élevée il suffit d'augmenter la température à laquelle l'ammoniac se vaporise en B; pour ce but on peut naturellement faire recours au chauffage auxiliaire dont on a parlé et qui dans le cas du dessin annexé serait exécuté à l'aide de l'appareil 0.
La pression qu'on aura en R( et donc aussi en B,C,T) dans le cas en question pourra être aussi bien plus élevée de la tension de vapeur q ue l'ammoniac auxa en A; se fait tendrait impossible à. l'ammoniac de passer de ! en B mais il est très facile d'y remédier en faisant de temps en temps monter la pression en R à des valeurs bien plus élevées de celles que la pression y a normalement.Il suffit pour ce but de chauffer- davantage l'appareil B de façon que la quantité d'ammoniac vaporisé en B et partiellement décomposé en 0. soit plus grande que la quantité qui dans le même laps de temps est consommé par le moteur. En opérant ainsi on peut faire monter rapidement la pression en R.
En ouvrant la vanne 0 on aura cette même pression en A; une fois fermée la vanne et la pression en R descendue à sa valeur normale, l'ammoniac pourra passer nouvellement de A en B. Il est à noter que les opérations nécessaires pour faire augmenter la pression en A peuvent être faites pendant la marche du moteur sans que pour celle-ci il en dérive aucun préjudice.
Les opérations que l'on vient de décrire peuvent d'ail- leurs être exécutées chaque fois qu'on désire augmenter la pression en A.
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Revenant au cas des moteurs du type Diesel on note que le mélange d'ammoniac,hydrogène et azote sous pression pourra servir à faire entrer dans les cylindres du moteur une partie de l'ammoniac sous forme liquide(disposition non-indiquée sur le dessin). Dans ce but on employera de pré- férence une tuyère-pulvérisateur; l'ammoniac à introduire sous forme liquide pourra provenir du même récipient d'où vient l'ammoniac destiné à être partiellement décomposé ou bien d'un autre récipient dont on pourra faire augmenter à volonté la pression opérant d'une façon analogue à celle que l'on vient de décrire pour le récipient A.
Lorsque le mélange d'ammoniac,hydrogène et azote est destiné à l'alimentatien de moteurs dans lesquels l'allumage est fait à l'aide de bougies, il est utile que ces bougies soient pourvues d'un dispositif de chauffage. Dans ce but on emploie généralement des résistances électriques enroulées autour des bougies mêmes. En effet on a constaté que lorsque un moteur est remis en marche après un arrêt prolongé pendant lequel les cylindres ont eu le temps de se refroidir, une partie de la vapeur d'eau produite par ,la combustion peut se condenser sur les bougies et les mettre dans l'impossibilité de fonction- ner. Pour éviter cette condensation il suffit de chauffer les bougies avant de mettre en marche le moteur; aussitôt la mise en garche achevée un chauffage ultérieur des bougies est super- flu.
L'invention ne doit pas s'entendre limitée à la forme oonstruotive récrite à titre d'exemple car il est évidemment possible de donner aux dispositifs en question des autres for- mes constructives tout en restant dans les limites de la pré- sente invention.
A ce sujet on note que dans les premières expériences les appareils T.et C étaient réunis de façon à former un seul appareil. En outre au lieu de la vanne U on avait employé un régulateur de niveau à l'aide duquel le niveau de l'ammoniac liquide dans le récipient B était maintenu constant; à ce
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régulateur on a ensuite jugé opportun de substituer la vanne U qui donne en pratique des résultats meilleurs et qui ooûte moins que le régulateur.
Par cette substitution on a obtenu que si, par exemple, la quantité de mélange d'ammoniac, hydrogène et azote consommée par le moteur diminue et par conséquent la pression en B augmente, la vanne U reste fermée, tandis qu'en B l'ammoniac oontinue à se vaporiser, le niveau de l'ammoniac en B diminue, une partie de l'échangeur K venant ainsi à se trouver en contact avec de l'ammoniac gazeux au lieu qu'avec de l'ammoniac liquide. La transmission de chaleur diminue et diminue aussi la quantité d'ammoniac vaporisé qui se réduit automatiquement à la quantité correspondante à la consommation du moteur. Le contraire arrive lorsque la quantité de mélange consommée par le moteur augmente.
Enfin dans les premières expériences on avait prévu de chauffer l'air comburant avec de la chaleur récupérée des gaz d'échappement: ensuite on y a renoncé,-toutefois la chose pourrait être uti- le lorsqu'il y aurait de l'intérêt à limiter la puissance développée par un moteur.
Il est peut être superflu de dire qu'avec des tuyaute- ries supplémentaires et des vannes on peut régler à volonté la quantité de gaz chauds circulants autour des appareils T et C et à l'intérieur de K,
Les dispositifs construits selon la présente invention, tout en étant d'une construction très simple, ont donné dans la pratique des résultats excellents. En particulier on note que, lorsqu'un moteur est arrêté, l'échangeur K et l'appareil 0 restent partiellement remplis de mélange d'ammoniao; hydrogène et azote qui sert à. la mise en marche du moteur. Une partie de ce mélange peut être aussi emmagasinée dans la partie supérieure du récipient A en ouvrant la vanne ± après avoir fermé le robinet dont A est pourvu).
La nécessité de faire recours à un autre combustible, par exemple à l'essence pour mettre en marche le moteur et
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porter les dispositifs en question dans les conditions né- cessaires pour leur fonctionnement, se présente donc en général seulement après des réparations importantes qui aient rendu nécessaire le démontage des dispositifs mêmes. La mise en marche peu:d'ailleurs aussi dans ce cas se faire en alimentant le moteur avec un mélange d'ammoniac et air; il suffit un temps très court pour porter l'appareil 0 à la température nécessaire pour que la décomposition de l'ammoniac puisse avoir lieu, avec quoi le fonctionnement du moteur devient normal.
REVENDICATIONS
I) Dispositifs pour l'alimentation de moteurs à combus- tion interne avec des mélanges d'ammoniac, hydrogène et azote préparés en partant d'ammoniac liquide caractérisés par le fait qu'un réservoir contenant de l'ammoniac liquide, un récipient où l'ammoniac liquide est vaporisé, un récipient où l'ammoniac gazeux ainsi obtenu est chauffé ,un appareil de catalyse où une partie de l'ammoniac gazeux ainsi chauffé est décomposée et un échangeur de chaleur placé à l'intérieur du -récipient où l'ammoniac est vaporisé sont raccordés entre eux de façon que l'ammoniac puisse passer successivement à travers chacun d'eux dans l'ordre ci-dessus mentionné.