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Procédé et appareil pour la transformation de toutes espèces d'hydrocarbures et spécialement des hydrocarbures lourds en gaz c ombustible.
Les huiles lourdes de faible valeur commerciale, telles que Mazout, Diesel Oil etc., ne pouvaient jusqu'à ce jour être utilisées de façon sûre pour l'alimentation des moteurs à explosion à allumage électrique, parce que :
1) Les mélanges de vapeur d'hydrocarbure lourd et d'air ont un point d'allumage spontané moindre'que ceux d'essence-air, ce qui oblige à une diminution du taux de compression et entraîne une diminution de la puissance spécifique et une augmentation de la, consommation spécifique.
2) Les hydrocarbures lourds ne se vaporisent pas à la température ordinaire, ce qui nécessite de réchauffer le mélange.
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Ceci entraîne une diminution de puissance, par diminution du poids de combustible à la cylindrée. Par suite de la plus haute température initiale du mélange, il est nécessaire de diminuer encore le taux de compression pour éviter l'auto-allumage. De plus, les hautes températures entraînent un fonctionnement défectueux du moteur pour des raisons de graissage.
3) Ces vapeurs a point de vaporisation élevé sont très instables et subissent des condensations dans les tubulures d'admission, la richesse du mélange varie à chaque instant, ce qui entraîne une mauvaise combustion et un mauvais graissage. De plus, il y a tendance à la. détonnation produite par la présence dans le mélange de particules liquides, qui favorisent la détonnation et diluent l'huile de graissage.
Le procédé et l'appareil de mise en oeuvre, qui constituent l'objet de la présente invention, suppriment ces inconvénients par transformation préalable, par voie chimique, des hydrocarbures lourds en gaz incondensables à point élevé d'auto-allumage, gaz qui sont donc antidétonnants et ont un haut pouvoir thermique et qui, par suite de leur état gazeux, permettent un mélange homogène avec l'air, ne diluent pas l'huile de graissage et, enfin, conviennent très bien au remplacement économique des combustibles liquides (par exemple l'essence) de haute valeur commerciale.
La susdite transformation par voie chimique se fait instantanément et juste avant l'utilisation pour l'alimentation du moteur.
Le procédé comporte les opérations suivantes, qui se succèdent dans le temps très bref de passage dans l'appareil :
1 ) mélange préalable de l'hydrocarbure en émulsion fine avec de l'air d'une façon telle que le rapport de l'hydrocarbure et de l'air reste constant.
2 ) Cracking des molécules d'hydrocarbure à la pression atmosphérique par leur introduction brusque sur une surface très divisée de charbon incandescent, ayant une température très élevée
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comprise entre 1000 et 1600 . Ce cracking transforme simultanément et instantanément l'hydrocarbure liquide et ses résidus solides entièrement en hydrocarbures gazeux, très convenables à l'alimentation du. moteur. La susdite température, nécessaire au cracking, est produite au- sein de la masse même de charbon incandescent par la combustion partielle de l'hydrocarbure.
Les gaz produits par cette combustion partielle divisent l'hydrocarbure restant et contribuent à faciliter le cracking de celui-ci.
3 ) Filtrage et refroidissement partiel des gaz produits,
4 ) Mélange du. gaz produit avec l'air nécessaire à sa combustion.
Au. dessin annexé, les figures 1, 2, 3 et 4 représentent l'ap- pareil primitif et les figures 5 à 10 l'appareil perfectionné.
Plus spécialement :
Figure 1 représente la coupe longitudinale du réservoir à niveau constant pour le combustible liquide.
Figure 2 la coupe longitudinale du générateur.
Figure 3 la coupe longitudinale du filtre radiateur.
Figure 4 la. coupe longitudinale du mélangeur air-gaz.
Figure 5 représente la coupe longitudinale du réservoir à niveau constant et du compresseur (by-pass) du robinet d'air supplémentaire et du système par étincelle électrique d'allumage du.générateur, pour la forme perfectionnée de réalisation.
Figure 6 la coupe longitudinale du générateur.
Figure 7 la coupe longitudinale du radiateur.
Figures 8 et 9 la coupe longitudinale et la vue en plan du mélangeur air-gaz.
Figure 10 la coupe longitudinale du condenseur du mélange air-gaz.
Dans l'exemple des fig.l à 4, le générateur consiste en un vase 8 (fig.2) ayant ou non une isolation thermique, par exemple d'amiante etc., et intérieurement un revêtement réfractaire ; ce
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vase 8 est rempli de charbon, de préférence de charbon de bois, et fermé hermétiquement par les portes 9, 13 et 14. Au début du fonctionnement, aussitôt que le charbon est allumé par la porte 13, celle-ci est fermée et, pendant un certain temps, on provoque une aspiration par l'aspirateur 30 (fig. 3). Cette aspiration entraîne de l'air par le diffuseur 10, par le conduit 16 et en même temps par le tube 7 du combustible liquide de la cuve à niveau constant 5, (Fig.l). Comme l'air et le liquide sont introduits par la même dépression, leur proportion reste constante à toute allure.
Cette proportion est telle que seule une faible fraction du combustible peut brûler, ce qui produit la chaleur nécessaire aux réactions suivantes. Afin que cette combustion partielle puisse avoir lieu, la section du générateur 8 est telle, que la vitesse du courant gazeux soit relativement lente. La chaleur ainsi produite et transmise à travers la paroi du conduit 12 produit dans celui-ci la vaporisation complète du combustible liquide arrivant dans ce conduit sous forme d'émulsion fine et mélangé dans le diffuseur 10 avec l'air arrivant de 15. Ce mélange d'air et de combustible vaporisé brûle partiellement vers l'extrémité 11 et la chaleur ainsi produite porte au rouge le charbon se trouvant dans le voisinage de 11 et maintient constante la chaleur de celui-ci.
Le mélange des gaz produits par la combustion partielle da combustible et de la partie de celui-ci qui n'a pas brûlé, vu qu'il n'a pas trouvé l'air nécessaire à sa combustion, traversant les chambres incandescentes du générateur fig.2, donne lieu aux réactions suivantes :
1 ) Les molécules des vapeurs d'hydrocarbure lourd se scindent en molécules plus légères : Par exemple : C15H32 + 2 02 + 8N2 = C15H24 + 4H20 + 8N2 +
4 x 56 calories.
2 ) Sous l'influence de la température développée par la réaction précédente, la molécule restante C15H24 se scinde en hydrocarbures de moindre poids moléculaire et en carbone, qui
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réagit sur la vapeur d'eau produite par la première réaction suivante :
H2O + C = CO + H2 ce qui donne en définitive : Hydrocarbures Gazeux + 4CO + 4H2 + 8N2 + 4 x 29 cal., moins la chaleur nécessaire au cracking.
Le carbone consommé par la réaction précédente provient d'une part de charbon de remplissage du générateur et, pour la partie principale, du carbone de cracking produit par la dissociation du. combustible liquide.
Le charbon employé comme substance active présente l'avantage supplémentaire, vu sa constitution poreuse, de développer des phénomènes capillaires, qui empêchent la caléfaction et permettent ainsi la dissociation parfaite du.liquide.
Les diverses réactions nécessitent une certaine quantité de chaleur et une température déterminée. Cette chaleur est produite par la combustion partielle du mélange air-combustible introduit dans le générateur. Les proportions de ce mélange sont réglées par les dimensions relatives du diffuseur 10 (fig.2) et du gicleur 6 (fig.l). Cette proportion air-combustible doit être telle qu'elle assure la quantité de chaleur et la température nécessaire aux réactions. Une trop grande proportion d'air dans le mélange est nuisible par suite, d'une part, de la diminution du pouvoir tonnant du mélange par introduction d'azote et, d'autre part, par la dissipation en pure perte dans le radiateur d'une portion de l'énergie thermique du combustible.
De même une trop faible proportion d'air est nuisible car, alors, le combustible liquide n'est pas craqué complètement, vu le manque de chaleur et de température, et il se présente alors les inconvénients habituels des carburateurs-vaporisateurs.
L'appareil faisant l'objet de la présente invention transforme intégralement le combustible liquide employé et les résidus solides de sa dissociation en gaz consistant en hydrocarbures ga-
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zeux CO, H2 et Az introduits par l'air. La seule perte est la chaleur perdue au radiateur fig.3, mais cette perte est pratiquement insignifiante et est compensée dans le moteur par le fait que le mélange plus homogène du gaz et de l'air permet une meilleure combustion que celle du mélange air-vapeur des carburateurs ordinaires.
De plus, comme le gaz produit est susceptible de supporter de plus hautes compressions sans auto-allumage par l'emploi de culasses à haute compression, on peut obtenir l'augmentation de puissance de celui-ci et la diminution de la consommation spéci- fique.
La dépression nécessaire au fonctionnement de l'appareil est produite au début par l'aspirateur. Mais, dès que le générateur est allumé et mis en communication par les conduits 17 et 31 (fig.2 et 3) avec le moteur, les susdits phénomènes continuent à avoir lieu automatiquement, grâce à la dépression produite par l'aspiration du moteur.
La figure 1 représente une cuve à niveau constant pour le combustible liquide (huile lourde) avec le raccord d'amenée 1. Le réglage du niveau a lieu par l'intermédiaire du pointeau 2 et du flotteur 3, qui se meut librement le long du guide 4. La quantité du combustible sortant de la cuve par la canalisation 7 vers le générateur 8 (fig. 2) est déterminée par le gicleur réglable 6.
L'espace au-dessous du couvercle 9 du générateur (fig.2) est rempli par un filtre constitué de fil de cuivre fin et sert à empêcher l'obstruction du tube 17 par de la poussière ou des morceaux de charbon.
Le gaz produit dans le générateur par le cracking du combustible liquide passe à travers le filtre et le tube 17 vers le radiateur et le filtre 18 (fig. 3), le long de la zone centrale duquel est fixé le tube perforé 19 par la base 21 et l'écrou à oreille 24.
Ce tube 19 est entouré par une cage appuyée sur le fond 21 par le ressort 25. L'espace entre le tube perforé et la cage est rempli
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de laine métallique servant à un filtrage supplémentaire du gaz.
La condensation des traces de vapeurs existant dans le gaz, dû au refroidissement, humecte cette laine métallique et rend le filtra- ge parfait.
Le couvercle étanché 23 du radiateur, comme son corps, sont fixés sur le tube 20 par l'écrou 24 et le rebord 26.
Le tube perforé 19 est relié au tube 20 par un robinet à trois voies 27, qui met en communication le générateur, soit avec l'aspirateur 30, soit avec le tube 31 d'amenée du gaz au mélangeur (fig.4) et de là avec la tubulure d'admission du moteur. L'extré- mité. fermée du tube 28 sert au rassemblement des vapeurs conden- sées et se vidange par le couvercle vissé 32,.
Le mélangeur air-gaz 34 (fig.4) porte un papillon de réglage d'admission du.mélange 33 et à son côté un diffuseur indépendant de ralenti 36', communiquant avec le tube d'amenée du gaz 31, qui ' débouche perpendiculairement au diffuseur. La partie inférieure du mélangeur est percée d'ouvertures 37 d'entrée d'air. Extérieu- rement le mélangeur porte une bague de réglage 41 et intérieure- ment un tiroir automatique de réglage d'air 38 qui se meut recti- lignement sous l'effet. de l'aspiration et porte des ouvertures 39 pour l'entrée de l'air, un ressort de réglage 40 sur le corps du mélangeur et une vis réglant le minimum d'admission 42.
Dans l'appareil primitif décrit ci-dessus :
1 ) Le maintien de la constance du mélange primaire air- combustible (au générateur) n'est pas assuré d'une façon absolue ; parce que, alors qu'au- venturi 10 la section est constante quelle que soit la dépression, au contraire la densité de l'air admis par 15 à ce diffuseur 10 varie avec la dépression. Cela fait du'aux grandes allures du moteur, moment où la dépression est maximum, le rapport air-combustible (en poids) diminue, ce qui en- traîne une diminution de la température au générateur et par suite le degré du cracking change.
2 ) Par la disposition du. tube 12 au sein du charbon incan-
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descent, celui-ci est à une température élevée et les molécules d'hydrocarbure liquide s,ibissent une asphaltisation par oxydation.
Le cracking de ces asphaltes est très difficile et la proportion des molécules asphaltisées varie avec l'allure du moteur, ce qui entraîne une variation de la richesse du mélange air-gaz.
3 ) Par suite du fait que l'hydrocarbure liquide venant du gicleur 6 débouche par le tube 7 transversalement au courant d'air traversant le diffuseur 10, une portion du liquide pulvérisé se condense le long des parois du tube 12, d'où résulte un mélange non homogène et par suite un cracking non homogène de celui-ci.
Le procédé perfectionné décrit ci-dessous remédie à tous ces inconvénients. Le perfectionnement du procédé, par rapport au précédent, consiste en ce que :
1) Le mélange primaire (au générateur) est bien plus parfait, car le combustible liquide, arrivant par le tube 7, est entouré par deux courants d'air concentriques mais de vitesse différente. Le premier courant arrive par 54, 55 et 59 et le second par 15 et 10. Ces deux courants, de vitesse différente par suite de la résistance au point 54, produisent des tourbil- lonnements qui favorisent l'homogénéité du mélange. De plus, la richesse du mélange est réglable, grâce aux deux robinets 54 et 57 (fig.5) d'entrée d'air supplémentaire.
2) La constance du mélange à toute allure est assurée grâce au compensateur consistant en un by-pass 55 et le robinet 54.
3) La tabalure d'admission du mélange 12 (fig.6) du mélange primaire est à une température bien plus basse que dans l'appareil primitif et par suite l'asphaltisation ne peut avoir lieu, mais une simple vaporisation qui contribue à la bonne homogénéité du mélange et à l'homogénéité du cracking.
4) La parfaite et complète dissociation thermique des particules de combustion liquide dans le mélange primaire est réalisée par l'introduction brusque du mélange sur la portion la plus chaude du charbon incandescent qui se trouve à l'extrémité 11
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(fig.6), zone de la plus haute température, car c'est là que s'effectue la réaction :
4H20 + 2 O2 = 4H2O + 4 x 56 calories.
La quantité d'oxygène (2 02) est donnée à titre d'exemple : elle peut varier de façon à faire varier la température en ce point entre 1000 et 1600 . La température la plus basse est utilisée pour les combustibles liquides les plus faciles à dissocier, la plus élevée pour ceux plas résistants au cracking.
En poussant au maximum deux des facteurs influençant le cracking : division et température, on annule l'influence du troisième facteur temps d'action. Le cracking s'effectue prati- quernent d'une façon instantanée et est suffisant à toute allure.
5) L'allumage initial du générateur s'effectue par étincelle électrique, alimentation de courte durée à l'essence et admission d'air supplémentaire.
6) Dans le radiateur a lieu une centrifugation du gaz par tourbillonnement et, par suite, séparation des particules liquides et solides entraînées.
7) Dans le mélange (fig.8) la constance du mélange est plus parfaite, car les ouvertures des soupapes d'air et de gaz sont toujours analogues à toutes les allures du moteur. Par le réglage de la soupape 43, on peut régler à volonté la richesse du mélange, qui reste toujours constante à toutes les allures.
8) Avant l'introduction du mélange air-gaz dans le moteur, le mélange passe dans un condenseur. Ce condenseur sert à parfaire l'épuration et l'homogénéité du mélange ; il sert surtout à séparer les petites portions de combustible qui ont pu échapper au cracking et qui, après le passage au radiateur et l'addition d'eau froide au mélangeur, se sont condensées.
En ce qui concerne l'appareil perfectionné, le principe général de fonctionnement est le même que celui de l'appareil initial (fig.l à 4), ainsi qu'exposé préalablement. Les différents perfectionnements consistent en ce que :
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1) La cuve à niveau constant est munie d'un robinet 54 qui règle la dépression sur le niveau, du liquide.
2) Le diffuseur 10, le conduit d'air 15 et le conduit de combustible liquide 7 (fig.2), ainsi que le tube 12 de l'appareil primitif, se trouvent hors du générateur (fig.5).
3) La zone de dépression maximum du diffuseur 10 communique avec la surface du liquide dans la cuve à niveau constant par le by-pass 55.
4) Le diffuseur 10 (fig.5) est muni à son extrémité d'un robinet 57 d'admission d'air supplémentaire et d'une bougie d'allumage 56 pour l'allumage initial du générateur, alors que celuici est alimenté pendant un temps très court avec de l'essence.
A ce moment, l'air venant de 10 et 58 est suffisant pour la combustion complète de i'essence, afin d'échauffer rapidement le générateur.
5) Le tuyau d'admission du mélange primaire (fig.6) d'air et de combustible liquide est presqu'entièrement hors du générateur et dispose horizontalement à la base de celui-ci.
6) Sur la porte 14 du fond du générateur (fig.6) se trouve un champignon métallique ou en terre réfractaire, qui sert à produire un espace vide au sein de la masse de charbon, juste en face de l'ouverture 11 du tube 12, pour empêcher l'obstruction de celuici par le charbon. Le mélange est ainsi projeté sur une large surface incandescente, ce qui favorise son admission et par suite son cracking.
7) Le radiateur (fig.7), à l'intérieur de son corps exté rieur, contient une cloche concentrique qui, à son extrémité inférieure, porte des ouvertures rectilignes avec des ailettes inclinées, qui servent a faire tourbillonner le gaz et à l'épurer par centrifugation.
8) Dans le mélangeur air-gaz (fig.8) le diffuseur de ralenti 36 de l'appareil primitif est remplacé par la soupape conique 43 qui règle la quantité de gaz admis au moteur. L'écrou 45 règle la
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tension du ressort 40 du tiroir cylindrique 38 d'admission automatique d'air avec lequel est réunie la soupape conique 43 par la tige 44. De même, les deux diffuseurs perpendiculaires 32 et 35 de la fig.4 sont remplacés dans le mélangeur de l'appareil perfectionné par un diffuseur et un tube de gaz concentrique 32 et 35.
9) L'appareil perfectionné est de plus muni d'un condenseur (f.ig.10) d'où,passe le mélange air-gaz avant son entrée au moteur.
Le condenseur porte à sa partie supérieure le papillon de l'accélérateur 33. Intérieurement) le condenseur contient une masse filtrante supportée par les grilles 49, un dispositif de centrifugation du mélange, consistant en une entrée d'air excentrique 53, et un cône 50 percé d'une entrée 51. Tous ces dispositifs servent. à la parfaite épuration du mélange avant son entrée au. moteur.
Le condenseur porte à sa partie inférieure un robinet de vidange.
REVENDICATIONS.
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