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" GAZOGENE POUR L'ALIMENTATION DES MOTEURS A COMBUSTION ET AUTRES APPLICATIONS "
La présente invention a pour objet un gazogène plus spécialement conçu pour être utilise à bord d'un véhicule automobile et produire un gaz combustible propre à alimenter le moteur à combustion de ce véhicule, mais qui est toutefois applicable à tous les cas où il est requis de produire un gaz combustible pour l'alimentation d'autres moteurs ou pour de nombreux autres usages tels que le chauffage, la cuisine, l'éclairage et autres.
Le gazogène objet de la présente invention présente les principaux avantages suivants
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- il peut être immédiatement ils en action pour produire un gaz qui contient une proportion élevée d'oxyde de carbone, - il est d'une construction simple propre à un long usage, léger et d'un fonctionnement économique, - il peut être alimenté indifféremment avec du charbon de bois, du coke, des déchets combustibles de provenance domestique et agricole, des issues et autres matières combustibles sans valeur marchande.
Sa construction ne comporte aucune matière réfractaire ni chambres de circulation d'eau ou d'air de refroidissement et n'exige que des tôles ou plaques métalliques légères.
Le gazogène selon l'invention présente en fonctionnement une zone centrale de combustion, en principe sphérique, isolée thermiquement du métal dont est construit l'appareil.
L'invention comprend dans son cadre des dispositifs de nettoyage et d'épuration du gaz produit, d'une construction simple et efficace et qui assurent l'admission aux moteurs ou autres appareils de consommation, d'un gaz absolument exempt de vapeurs et de poussières nocives.
Elle s'étend aussi à un dispositif pour mélanger le gaz et l'air avant son admission à un moteur à combustion qui produit un mélange constant à toutes les allures du moteur.
L'invention vise encore d'autres particularités avantageuses qui seront exposées dans la description ci-après relative à une forme de mise en oeuvre représentée à titre d'exemple seulement aux dessins annexés.
La figure 1 est un schéma d'ensemble, avec coupes verticales partielles, d'une installation comprenant le gazogène selon l'invention et ses annexes pour l'alimentation d'un moteur de véhicule automobile de type courant.
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La figure 2 est une élévation de coté d'un dispositif mélangeur utilisé dans l'installation de la figure 1.
La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 4.
La figure 4 est une section verticale longitudinale de même longueur, suivant la ligne 4-4 de la figure 3.
La figure 5 est une vue de face d'ensemble du gazogène.
La figure 6 est une vue de dote correspondante, avec coupe partielle.
La figure 7 est une coupe axiale verticale d'un dispositif épurateur centrifuge utilisé dans l'installation de la figure 1.
La figure 8 est une section transversale suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une coupe verticale d'un dispositif de filtrage utilisé dans l'installation de la. figure 1.
La figure 10 est une section transversale suivant la ligne 10-10 de la figure 9.
La figure 11 est une coupe verticale d'un dispositif épurateur à basse pression utilisé dans l'installation de la figure 1, cette coupe étant effectuée par la ligne 11-11 de la figure 13,
La figure 12 est une coupe horizontale du même dispositif suivant la ligne 12-12 de la figure 13.
La figure 13 est une coupe transversale suivant la ligne 13-13 de la figure 12.
La figure 14 est une coupe partielle de l'entrée d'air du gazogène pour une variante.
La figure 15 est une section axiale pour une variante d'exécution de l'épurateur centrifuge.
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La figure 16 est une coupe axiale schématique d'une variante d'exécution du filtre.
Dans le schéma de la figure 1, la lettre A désigne la cuve du gazogène, B un épurateur centrifuge, 0 un épurateur à basse pression, D un filtre à toile et E un mélangeur d'air et de gaz relié à l'aspiration d'un moteur à combus- tion représenté en traita discontinus. Ces divers dispositifs sont successivement décrits en détail ci-après.
Le gazogène représenté aux dessins est plus spécialement oonçu pour être utilisé sur un véhicule automobile du type ordinaire à traction avant, mais la construction montrée peut être modifiée de toute manière appropriée pour alimenter tout autre type de moteur dont la puissance et les conditions de marche peuvent être quelconques. Ce même gazogène peut aussi être établi pour produire un gaz combustible à toutes fins. Le gazogène 1, qui est plus clairement montré aux figures 5 et 6, comporte une cuve fermée ou trémie 1, en tôle mince, pourvue d'un couvercle approprié amovible 2. La tôle mince dont est faite la cuve 1 est indiquée en 6, à la partie inférieure ou foyer du gazogène (figure 6).
Un serpentin ou autre faisceau tubulaire de circulation d'eau 3 est disposé extérieurement au foyer et son extrémité supérieure est agencée pour pouvoir facilement être raccordée avec un réservoir approprié d'eau, non montré, tandis que son extrémité inférieure communique, à travers une ouverture centrale d'une porte 7, avec une cavité ménagée derrière la dite porte. Cette cavité communique ellemême avec une entrée d'air protégée par un écran 4 et qui permet à l'air d'être aspiré à l'intérieur du foyer à travers une tuyère 8. Cette tuyère est montée dans la plaque 6 à la partie antérieure du foyer et elle est placée en un point qui détermine la position de la zone de feu.
Le conduit de passage d'air à la partie centrale de la tuyère 8 est calibré selon
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les dimensions de la cuve et selon les conditions de fonctionnement et la puissance du moteur à alimenter avec le gaz produit par le gazogène. La cavité placée à la partie antérieure de la tuyère, et dans laquelle est amenée l'eau du serpentin 3, est délimitée par une oontreplaque 5 qui peut être pourvue d'ailettes comme montré.
Une grille mobile 9 est disposée à la partie inférieure du foyer et fixée à un axe oscillant 10 disposé transversalement avec une de ses extrémités prolongée à l'extérieur et agencée pour recevoir un levier ou poignée amovible, non montré, qui permet de relever et d'abaisser la grille pour que les cendres et mâchefers accumulés à la partie inférieure du foyer pendant le fonctionnement de l'appareil puissent tomber dans un cendrier 11. Ce cendrier est pourvu d'une porte 12 normalement maintenue en position de fermeture étanohe à l'air par tous moyens de verrouillage appropriés tels que 13. Cette disposition permet d'évacuer rapidement à l'extérieur les cendres qui ont été accumulées dans le cendrier par les manoeuvres de la grille 9.
Cette évacuation peut avoir lieu même lorsque le gazogène est en action et sans en troubler le fonc- tionnement.
La partie inférieure de la cuve 1 est pourvue, sur la face postérieure du foyer, d'une tubulure de sortie du gaz 14 qui est raccordée avec l'épurateur centrifuge B.
La ouve du gazogène est remplie de charbon de bois ou de toute autre matière combustible solide et le fonctionnement de ce générateur de gaz est basé sur la théorie de la formation rapide, à haute température, de l'oxyde de carbone. Lorsque la cuve du gazogène a été remplie de combustible, la porte 7 est ouverte et le combustible est allumé en produisant un effet d'aspiration au moyen d'un ventilateur ou aspirateur de toute disposition appropriée actionné à la main, ou par moteur élec-
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trique, pour produire un courant d'air qui active la combustion des particules de combustible préalablement allumées. Dès l'allumage, et si le combustible est sec, on obtient une quan- tité de gaz suffisante pour alimenter le moteur en une ou deux minutes.
Cet effet de succion initiale pour l'allumage du combustible peut aussi être obtenu par le moteur lui-même si celui-ci est équipé pour être démarré à l'essence.
Après que le combustible a été allumé, la porte 7 est refermée et, dès que le moteur a démarré, il aspire l'air à travers l'entrée en 4. Cet air traverse à grande vitesse l'espace ou cavité entre la plaque 6 et la oontreplaque 5 en refroidissant cette dernière. L'air ainsi réchauffé pénètre dans le foyer à travers la tuyère 8 et active la combustion qui, lorsque le moteur tourne à grand régime, est telle qu'une température de 1800 à 2000 degrés C., est rapidement atteinte dans la zone de oombustion. Il se forme ainsi une zone res- treinte de oombustion disposée en diagonale, comme montré par la figure 1, qui comprend un noyau incandescent. Cette zone est exothermique et endothermique et isolée dans la masse de combustible qui, à sa périphérie en contact avec les parois de la cuve, est à peine chaude.
De ce qui précède, on peut voir que le gazogène selon l'invention se distingue des générateurs de gaz antérieurement connus par les points suivants
Dans les gazogènes dont les parois sont revêtues inté- rieurement de matières réfractaires, la zone exothermique, dans la plus grande partie de sa périphérie, est en contact direct avec cette matière réfractaire, de sorte que la zone endothermique est considérablement réduite. Dans le gazogène selon l'invention, le noyau central incandescent qui constitue la zone exothermique est totalement entouré par le combustible qui forme la zone endothermique périphérique complète avec une
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réaotivité immédiate et maximum.
De même, dans les gazogènes dans lesquels la combustion est activée par un volume considé- rable d'air qui se déplace à faible vitesse, une grande quantité d'anhydride de carbone (002) est produite. Or ce gaz n'est non seulement pas combustible mais il manifeste sa présence en éteignant les particules de combustible enflammées. Dans le gazogène selon l'invention, il se forme aussi de l'anhydride carbonique et d'autres gaz inertes, mais, du fait de la température élevée, ces gaz sont dissociés en grande partie presque aussitôt qu'ils sont formés, pour donner de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène dont le pouvoir calorifique est élevé, ce qui donne lieu à un bon rendement thermo-dynamique.
Au cours du fonctionnement du gazogène, et comme on l'a mentionné plus haut, l'eau qui est amenée par le serpentin 3 est vaporisée et la vapeur produite est appelée directement dans la zone de feu à travers l'ouverture centrale prévue dans la porte 7 et sert ainsi à enrichir le gaz en hydrogène.
Le gaz produit dans le gazogène, comme il vient d'être expliqué, sort à travers la tubulure 14 pourvue d'un tamis approprié 16 qui agit pour retenir les petites particules de charbon de bois ou de scories qui parviendraient autrement aux dispositifs d'épuration et de filtrage de l'installation.
Le gaz, après avoir traversé le tamis 16 et la tubulure 14, pénètre dans l'épurateur centrifuge B montré plus clairement aux figures 7 et 8. Cet épurateur est pourvu d'une entrée 17 et d'une conduite de sortie 18-19. Un ensemble d'ailettes ou aubes directrices hélicoïdales fixes 20 est monté à l'intérieur du corps ou carter de l'épurateur, ce carter comportant un corps prinoipal 22 et une chambre de décompression 23 pourvue à sa partie inférieure d'une porte 24 de vidange et de visite. Des ailettes de guidage fixes telles qu'une lame hélicoïdale 21 sont aussi disposées dans
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la partie 19 de la conduite de sortie du gaz hors de l'épurateur.
Le gaz aspiré du gazogène par le moteur pénètre dans l'épurateur par l'entrée 17, dans le sens indiqué par les flèches à la figure 7, et, par suite de l'augmentation de la section de passage à l'entrée de la chambre 22 de l'épurateur, la vitesse du gaz est brusquement réduite et sa densité diminuée, et comme il traverse en même temps les ailettes hélicoïdales fixes 20, il prend un mouvement de giration. Du fait de sa capacité et de sa position par rapport à la chambre 22, la chambre 23 donne lieu à une dépression qui est supérieure à celle qui apparaît dans la chambre 22 et le gaz tend à combler cette plus grande dépression.
Toutefois, comme le gaz est aspiré par le moteur dans le tube central 19, dans le sens des flèches, il frappe la lame hélicoïdale fixe 21 qui brise son mouvement de tourbillon et produit la séparation de toutes partioules solides telles que cendres, petits fragments de scories et autres, qu'il tenait en suspension. Comme ces particules sont plus denses que le gaz, elles tombent dans la ohambre de dépression 23 d'ou elles peuvent être extraites lorsqutil y a lieu, en ouvrant la porté 24.
Comme montré par la figure 16, on peut prévoir, en aval des ailettes de guidage 20, autour du tube 19, une surface hélicoïdale 20a qui accélère la rotation du gaz dans la chambre 22 et le débarrasse plus complètement, par oentrifugation, des particules solides qui tombent dans la chambre 23.
Le gaz aspiré dans la conduite de sortie 19 traverse la partie 18 et pénètre dans l'épurateur à basse pression C qui est clairement montré par les figures 11,12 et 13.
Cet épurateur à basse pression comporte un caisson 26 divisé en chambres 25a, 25b et 25c sur le fond de chacune desquelles est prévue une ouverture circulaire taraudée 26 qui peut être
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fermée par un bouchon 27. L'entrée du gaz dans l'épurateur à basse pression a lieu par un tube 28 agencé pour pouvoir être raccorde au tube 18 qui provient de l'épurateur oen- trifuge B. Le tube 28 se prolonge à l'intérieur de la chambre 25a. Un tube 29 fait communiquer les deux chambres 25a et 25' et un tube 30 fait communiquer les chambres 25b et 25 .
La ohambre 25 est elle-même pourvue d'un tube 31 qui traverse la paroi extrême de cette ohambre et qui est agencé pour être raccordé par son extrémité externe avec le tube d'entrée 42 du dispositif de filtrage D. Les trois chambres 25a, 25b, 25c sont partiellement remplies d'huile indiquée en 49.
Lorsque le gaz qui provient du gazogène A pénètre dans le tube 28 de l'épurateur à basse pression, dans la direction indiquée par la flèche, il traverse l'extrémité étranglée 31 du tube 28 et sa vitesse est augmentée ainsi que sa densité; lorsqu'il se répand dans la chambre 25a, il se détend brusquement ce qui a pour conséquence de faire tomber sa vitesse et de réduire sa densité de sorte que les particules de cendre qu'il pouvait contenir en suspension tombent à la partie intérieure où elles restent fixées par l'huile contenue dans la dite chambre. Le gaz pénètre ensuite dans la partie évasée du tube 29 dans lequel il subit une reoompression et il est admis dans la chambre 25b où il subit les marnes effets que ceux qu'on vient de décrire pour la chambre 25a.
Le gaz traverse enfin le tube 30 et pénètre dans la chambre 250 où les mêmes effets sont encore produits.
Au lieu de trois chambres seulement, comme dans l'exemple d'épurateur à basse pression 0 représenté, on peut en prévoir davantage, selon la puissance et les conditions de fonctionnement du moteur et les dimensions de l'épurateur. Cet épurateur agit aussi comme condenseur pour la vapeur qui peut être entraînée par le gaz.
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A sa sortie du tube 31 de l'épurateur C, le gaz pénètre dans la conduite 42 d'un filtre à toile D qui est représenté en détail aux figures 9 et 10. Ce filtre comporte un caisson 40 qui constitue chambre de dépression pour le gaz et qui contient une série d'éléments-filtres à toile 41 montés sur des supports 41a. La conduite d'entrée 42 est disposée pour être raccordée au tube 31 de l'épurateur à basse pression 0. Cette conduite est prévue sur la paroi supérieure du caisson 40 et placée de façon à communiquer avec des ouvertures 43 pratiquées dans le fond supérieur de ce caisson qui est d'autre part pourvu d'une ouverture 44 à sa partie antérieure pour permettre d'accéder aux éléments-filtres 41 pour les visiter et les nettoyer.
L'ouverture 44 est normalement fermée par une porte appropriée 45 qui peut être verrouillée par tous moyens appropriés, tels que 46. Le fond inférieur du oaisson 40 est pourvu d'une conduite 47 de sortie du gaz hors du filtre. Cette conduite communique avec des ouvertures 48 pratiquées dans le fond inférieur du caisson et chacune de ces ouvertures communique à son tour, par des raccords tubulaires 49, avec l'intérieur des supports 41a montés sur ces raccords.
Le gaz, à sa sortie de l'épurateur à basse pression 0, pénètre dans la conduite 42, traverse les ouvertures 43 et, sous pression, traverse la toile des éléments-filtres sur laquelle il laisse toutes les impuretés qu'il peut encore contenir.
Il traverse ensuite les raccords 49, les ouvertures 48 et la conduite 47, dans la direction indiquée par la flèche. Les toiles et leurs supports que traverse le gaz dans le dispositif de filtrage sont déterminés en surface et en nombre de façon qu'elles surpassent, en section de passage offerte au gaz, très largement la section des conduites de façon que la résistance mécanique du tissu utilisé pour les éléments-filtres ne donne
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lieu à aucune perte de charge excessive qui pourrait produire un encrassage rapide de ces éléments.
Lorsqu'il y a lieu de nettoyer le dispositif de filtrage, la porte 41 est ouverte, les supports 41a sont détachés de leurs raccorde 49 et les sacs de toile 41 sont battus puis replaces avec leurs supports dans le caisson 40.
Le filtre D peut être remplacé par l'ensemble montré au schéma de la figure 16. Cet ensemble comprend un filtre principal constitué par une chambre 61 avec une entrée de gaz 42 et une sortie 47 entre lesquelles est disposée, de préférence sur une grille 62, une masse de laine brute telle qu'on l'obtient lorsqu'on tond les moutons, cette laine étant bien entendu dégraissée et lavée. Par son élasticité naturelle cette laine occupe tout l'espace libre dans la ohambre 61 et constitue une masse filtrante 63 extrêmement efficace pour retenir les fines particules solides qui peuvent encore être contenues dans le gaz.
Un petit filtre de séourité, constitué de la même matière est prévu en 64, en aval du filtre principal 61. Le rôle de ce filtre 64 est le suivant :
Normalement le filtre 61 retient toutes les particules étrangères du gaz. Peu à peu la masse 63 se sature et à un certain degré de saturation, elle laisse passer des particules étrangères qui sont retenues par la masse de laine du filtre 64 qui, très rapidement se charge et, du fait de ses dimensions réduites, freine le passage des gaz. Le conducteur du véhicule constate ce fait immédiatement au régime de son moteur et avant que des particules nocives soient parvenues jusqu'au mélangeur E ou au moteur.
Il ouvre alors les portes telles que 65 et 66 avantageusement pourvues de moyens de fermeture rapide, retire les masses de laine 63 et 67 et les secoue à l'air pour les nettoyer et les remet en place. Cette opération est extrêmement rapide.
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Après avoir traversé le dispositif de filtrage, le gaz pénètre dans le mélangeur E montré en détail aux figures 2, 3 et 4. Ce mélangeur comporte un tube 49 d'entrée de gaz dans lequel est disposé un papillon 50 ou tout autre organe équivalent destiné à régler le débit du gaz admis au mélangeur.
Une entrée d'air 51 est prévue sur le mélangeur et pourvue aussi d'un papillon de réglage 54. Une buse 52 prolonge l'entrée de gaz 49 et comporte des ailettes hélicoïdales fixes 52a destinées à faciliter le mélange de l'air et du gaz. Un diffuseur 53 est aussi prévu en aval de la buse 52. Le papillon 50 de réglage du gaz est commandé par un levier 55 relié à une came 56 par une bielle 57. La came a pour fonction de conjuguer les déplacements des papillons 50 et 54.
Le réglage de ce dispositif de conjugaison a lieu par exemple en agissant sur une tige 57 et la commande est assurée par la bielle 58 à partir d'une pédale ou d'un levier placé à portée du conducteur du véhicule.
La particularité essentielle de cet appareil mélangeur d'air et de gaz est de donner une composition constante au mélange pour toutes les conditions de marche du moteur. En agissant sur la pédale ou sur le levier de commande relié à la bielle 58, le papillon 50, qui contrôle l'admission de gaz au mélangeur, s'ouvre en déplaçant le secteur-came 56 et, si l'on manoeuvre en même temps la tige de réglage 57, le pivot de la tige de commande du papillon 54 est déplacé sur le secteur-came ce qui modifie le rapport de la transmission entre les deux papillons, de sorte que la quantité d'air admise est proportionnée comme il convient à la quantité de gaz correspondante.
Ce réglage est effectué pendant que le moteur est en marche et il est facile de déterminer, en observant la marche du moteur, à quel moment le mélange est convenable, le tracé du secteur-came étant tel que le mélange reste convenable pour toutes les conditions de marche du moteur.
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Comme on peut le voir par les figures 2, 3 et 4 des dessins, l'entrée de l'air dans le mélangeur est disposée dans le plan axial de l'entrée de gaz et transversalement à cette dernière entrée. Les rapporte volumétriques et, en conséquence, les vitesses des deux courants de fluide à leur point de jonction, sont calculés de façon à obtenir une quantité de gaz et d'air propre à donner un mélange de composition requise avec une perte de charge minimum pour tous les régimes du moteur. Les ailettes hélicoïdales 52 dirigent les fluides vers leur point de jonction avec une grande vitesse de giration qui facilite l'obtention d'un mélange parfait et par conséquent d'un rendement élevé du moteur. Le diffuseur sert à régler la vitesse linéaire du mélange pour adapter cette vitesse à tous les besoins du moteur.
L'installation qu'on vient de décrire est plus spéaia- lement destinée à l'alimentation d'un moteur d'un véhicule automobile auquel le gaz fourni contient, grâce à la disposition caractéristique du gazogène selon l'invention, une très grande proportion d'oxyde de carbone, La construction et le fonctionnement de cette installation sont excessivement simples et économiques et l'ensemble de l'appareillage qui constitue cette installation peut être facilement monté à bord d'un véhicule automobile quel qu'en soit le type. Le gazogène ne oomporte pas de matériaux réfractaires ni de chambres de circulation d'air ou d'eau de refroidissement.
Il est fait de tôles ou plaques métalliques minces et légères.
Une caractéristique importante de ce gazogène consiste en ce que le volume de la zone de feu et le débit et la direction de l'air admis pour la combustion sont déterminés pour ne produire, dans la masse du combustible, qu'une zone centrale inaan- descente ou zone de combustion, en principe sphérique, suffisante pour produire la quantité de gaz requise pour toutes les
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conditions de marche du moteur, mais insuffisante pour alimenter la masse de matières combustibles contenue dans toute la cuve du gazogène. Il en résulte que le combustible qui entoure la masse centrale incandescente n'est pas enflammé et agit pour protéger les parois de la cuve du gazogène contre le contact direct du combustible en ignition.
Cette particularité facilite aussi les reprises ou pointes dans la marche du moteur des véhioules automobiles.
L'entrée d'air 4 au gazogène peut être avantageusement pourvue, comme montré par la figure 14, d'un clapet 59, ou moyens équivalents, rappelé en position de fermeture par des moyens tels qu'un ressort 60 ou un contrepoids. Ce clapet s'ouvre plus ou moins selon l'aspiration du moteur et permet à l'air de passer avec un débit déterminé à la buse 8 de la figure 1. Le ressort, le contrepoids, ou autres moyens de rappel, agissent pour fermer plus ou moins le clapet 59 aussitôt que les besoins du moteur diminuent, ce qui est le cas, par exemple, lorsque le véhicule descend une cote ou que le véhicule roule en roue libre.
Cette fermeture du clapet 59 maintient la zone de combustion dans les meilleures conditions de sorte qu'un gaz de bonne qualité est toujours disponible pour répondre immédiatement à une aspiration accrue du moteur et, par exemple, lorsque le véhicule attaque une rampe, ou lorsque le moteur ayant été très ralenti ou stoppé, est de nouveau démarré. Par le clapet 59 on limite ainsi automatiquement les entrées d'air en excès qui augmentent le volume de la zone de oombustion et donnent un gaz de qualité inférieure.
Les moyens de rappel du clapet 59 (ressort, contrepoids ou autres) sont avantageusement réglables.
Bien que le gazogène selon l'invention ait été, dans ce qui précède, décrit dans son application à un véhicule automobile, il est évident qu'il peut aussi être utilisé à bord
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des bateaux propulsés par des moteurs à gaz, sur les traoteurs, les véhicules ferroviaires et autres véhicules ou machines utilisant des moteurs à gaz et pour lesquels un gazogène relativement léger et efficace est utile. Ce gazogène est, d'une manière générale, applicable à tous les cas où un gaz combustible peut être utilisé, et, par exemple, pour la cuisine, le chauffage et l'éclairage. Il est d'ailleurs à remarquer qu'une installation à bord d'un véhicule automobile du genre qu'on vient de décrire peut faoilement être agencée pour être utilisée lorsque le véhicule est à l'arrêt, pour la cuisine ou autres usages.
Il suffit de prévoir un aspirateur approprié entraîné par exemple par un moteur électrique ou même manuellement. L'invention convient alors avantageusement au camping et aux véhicules militaires de tous genres.
REVENDICATIONS
1.- Gazogène perfectionné, caractérisé en ce que l'air est admis dans la masse de combustible à grande vitesse en un point opposé à une sortie unique de façon à traverser le foyer en n'entretenant qu'une zone centrale de feu à haute température entourée par le combustible non enflammé et soustraite par conséquent au contact des parois du gazogène.