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Gazogène à injection rapide d'air à une seule tuyère.
Les gazogènes à jet.rapide, dans lesquels l'air de combustion est amené à grande vitesse par une tuyère au combustible, travaillent en général suivant le principe dénommé à courant transversal, par gazéification sèche, c'est-à-dire que l'air parcourt le gazogène transversalement à la direction de chute du combustible et est alimenté sans vapeur d'eau. Suivant l'opinion prédominante des techniciens spécialisés, l'ajoute de vapeur d'eau aux gazogènes à injection rapide n'a aucune espèce de valeur, car, suivant les données pratiques, cette vapeur d'eau n'est pas décomposée, le gaz du gazogène renfermant comme constituant combustible principalement du CO seulement.
Une forte proportion d'hydrogène dans le gaz est d'autre part très désirable, car de ce fait les valeurs calorifiques du mélange augmentent fortement et l'allumage du mélange dans le gazogène est notablement amélioré. Ceci est particulièrement avantageux pour des moteurs à grande vitesse tels qu'ils sont employés en général à ce jour dans les véhicules automobiles.
Il est connu de réaliser certains types de gazogènes à courant transversal, de telle sorte que de l'eau ou de la vapeur d'eau est alimentée avec l'air de gazéification. Dans un cas, la vapeur d'eau doit entourer la zone de gazéification d'une gaine endiguant la chaleur. Dans l'autre cas, l'ajoute de vapeur d'eau, qui se produisait
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d'abord dans un espace entourant la tuyère, puis pénétrait avec l'air de combustion dans la zone de gazéification, devait seulement refroidir la tuyère.
Cependant, dans tous les cas où de la vapeur d'eau était ajoutée, il n'y avait pas de décomposition de cette vapeur, car calle-ci s'écoulait vers le raccord d'aspiration en passant autour de la zone de haute température, ce qui confirmait l'opinion des tecnniciens que l'ajoute de la vapeur d'eau était sans effet.
Par des essais approfondis, il a été établi que la non décomposition de la vapeur d'eau est due,d'une part , à la forme actuelle des tuyères, respectivement à l'enlèvement de chaleur par le refroidis- seinent de la tuyère, et d'autre part, au fait que la vapeur d'eau trouve, dans les constructions actuelles, encore toujours des passages " froids " en dehors de la zone réelle de gazéification (zone de formation de CO).
Sur la base des essais effectués, il découle qu'au contraire du point de vue actuel des techniciens, la vapeur d'eau alimentée dans la gazéification par jet rapide peut être entière:!lent décomposée et ce, conformément à l'invention, par le fait que la tuyère pénétrant dans le combustible est une tuyère à faible épaisseur de paroi et à diamètre externe réduit, respectivement à bord externe aigu, et que la zone de gazéification qui se développe dans la gezdification à contre-courant et à courant normal est entourée par une caisse de foyer de faible section transversale, ou dans la gazéification à courant transversal, est limitée sur le trajet de dégagement des gaz, par une ou plusieurs caches.
Cette solution est basée sur les données et résultats suivants d'essais, qui sont expliqués en détails en se référant au dessin schématique annexé. Si l'air ou un mélange air et vapeur pénètre dans un lit de combustible, et dans le cas idéal, à partir d'une tuyère punctiforme 1, ce mélange vient frapper les particules de combustible en avant de la tuyère et s'épanouit dans tous les sens, d'abord même pour une section de foyer limitée, c'est-à-dire également dans la direction opposée à la sortie 2 pour ne suivre que par après la direction de la sortie (fig.l). La surface 3 en pointillé représentée,
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de température uniforme, est portée à une température d'environ 1000 C.
Par suite de cette propriété d'une tuyère punctiforme (cas idéal), il se forme (fig.2) autour de la tuyère, quand le gazogène est allumé, une coque chaude de combustible de forme sphérique quant à son mode d'action (fig.3), qui entoure de toutes parts le noyau presque sphérique traversé radialement et amenant l'oxygène, et dans laquelle la vapeur d'eau est décomposée. Le développement de cette coque chaude est au plus grand, c'est-à-dire qu'au voisinage de la tuyère, l'écoulement se fait à peu près suivant une sphère au centre de laquelle se trouve la tuyère. Ensuite, l'écoulement est tel que la vapeur d'eau s'écoule aussi longtemps que possible au travers de couches de combustible chaudes (fig.l et 3).
Il n'y a donc pas de possibilité que la vapeur d'eau puisse, après avoir traversé la zone centrale amenant encore de 1'02' rencontrer des parties froides, car elle doit en tout cas traverser la zone de décomposition de la vapeur d'eau. Si le trajet de gazéification est alors encore limité, de manière qu'en dehors de la zone de gazéification prescrite par l'invention, il n'existe pas de trajectoires libres ou d'espaces morts, présentant une température en-dessous de la température de gazéification, on obtient une décomposition poussée de la vapeur d'eau, et par là, un gaz de grande valeur, qui s'allume parfaitement.
Au contraire de l'invention, les tuyères connues pour gazéification à haute température possèdent une surface annulaire antérieure large, qui empêche l'épanouissement mentionné, tendant vers la forme sphérique, de la zone de gazéification et qui détermine le noyau d'amenée d'On, dans lequel ne se produit aucune décomposition de H20' latéralement à la tuyère, en dehors de la zone de gazéification, de sorte que la vapeur d'eau éventuellement ajoutée doit, pour des parties déterminées'de la zone de gazéification, traverser toujours après avoir parcouru la zone renfermant 1'02' des parties froides où elle ne peut d'aucune façon être décomposée (fig.4).
pour les mêmes raisons, il se forme, dans les gazogènes connus à courant transversal, s'ils ne sont pas fréquemment débarrassés des mâchefers,
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et ce malgré l'ajoute éventuelle de H2O de forts gâteaux de aâche- fers en avant de la tuyère, par suite de la gazéification sèche, gâteaux qui forcent de plus en plus le gaz à s'écouler vers les parois du gazogène avec cette conséquence que ces parois rougissent ou même brûlent.
Par suite de l'ajoute de vapeur, sous un dosage correct, et du fait que la vapeur traverse uniformément la zone de haute température dans toutes ses parties, la formation de gros gâteaux de mâchefers est empêchée et les scories tombent sous forme granulée. Il ne se produit donc plus de déplacement excentrique ou latéral de la zone de gazéification sous l'effet de l'encrassage.
Il a été de plus établi que même lorsque, après un long fonctionnement, la zone de gazéification se déplace de la tuyère vers la sortie, il n'y a pas de modification dans le comportement de la gazéification. Il faut seulement qu'à la mise en marche du gazogène, se forme la zone de réaction prescrite uniforme de toutes parts, et par laquelle, dès le début, sont assurées une repartition uniforme et une décomposition de la vapeur d'eau avec la chute consécutive de scories et cendrées sous forme granulée. Si cette condition est remplie à l'origine, les scories et mâchefers granulés forment, lors du déplacement de la zone de gazéification, sensiblement une grille automatique à grand effet et de résistance faible au passage des gaz.
Par suite de la limitation de la section transversale du foyer, on évite un départ lateral de chaleur. La chaleur sensible du gaz est condensée sur une petite section et détermine un fort pré-chauffage de la colonne de combustible non encore entrée en réaction. De ce fait, les conditions pour la décomposition de l'eau sont influencées encore plus favorablement. Il est rationnel de donner au trajet des gaz entre la tuyère et la sortie une longueur multiple de celui existant dans les gazogènes connus à courant transversal. Ceci est en même temps nécessaire pour permettre le déplacement indiqué de la zone de réaction et ainsi éviter un décrassage trop fréquent du foyer.
Suivant l'invention, il importe peu qu'il s'agisse d'une gazeification à contre-courant, a courant normal ou à courant transversal.
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Lors d'une gazéification à courant normal ou à contre-courant, la limitation de la zone de gazéification est obtenue de la manière la plus simple par un foyer cylindrique de section convenable, disposé symétriquement par rapport à la tuyère et à la sortie. La cuve du foyer peut éventuellement comporter, sur le trajet du gaz, une ou plusieurs strictions, Le diamètre du foyer limitateur est environ 10 à 20 fois plus grand que le diamètre interne libre de la tuyère.
Dans les gazogènes connus à courant transversal, ce rapport est en tout cas plus grand que 20 à 1. En ce qui concerne le maintien de la température, le diamètre du foyer est donné sensiblement par l'isotherme de 8000 C. entourant la zone de réaction.
Pour les gazogènes à courant transversal, la limitation de la zone de gazéification est obtenue par une ou plusieurs extrémités de strictions ou rétrécissements circulaires insérées entre la tuyère et la sortie, dans le trajet des gaz.
Les tuyères employées sont de simples tuyères tubulaires, pour lesquelles aucun refroidissement additionnel n'est nécessaire, car, suivant les essais, le refroidissement suffit complètement par la vapeur d'eau arrivant avec l'air. L'épaisseur annulaire du bord de tuyère doit être aussi petite que possible, car plus le diamètre et l'épaisseur de ce bord sont faibles, et mieux sera obtenu l'espace sphérique de combustion mentionné. Eventuellement, le bord de la tuyère peut être biseauté de l'intérieur vers l'extérieur, de manière que le bord aigu soit formé par 'le bord externe du tube.
Il a été indiqué que l'effet le plus favorable est obtenu par une tuyère ideale punctiforme. En pratique, le diamètre libre du tube de tuyère ne peut être diminué qu'autant que le permet la résistance du courant. L'effet conforme à l'invention diminue graduellement avec l'augmentation du diamètre et l'augmentation de l'épaisseur annulaire du bord de tuyère, la limite étant atteinte à peu près pour une épaisseur de bord de tuyère de 10 mm. on travaillera donc autant que possible avec des tuyères tubulaires où l'épaisseur annulaire du bord est en-dessous de cette limite de 10 mm.
L'épaisseur de paroi de la tuyère est avantageusement égale à 0,3 fois le diamètre libre de la tuyère, et le diamètre externe de la
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tuyère est avantageusement égal à ou plus petit que le cinquième de la zone de réaction délimitée par les isothermes de 1000 C.
Pour arriver à un diamètre interne libre réduit, il peut être avantageux de réaliser la tuyère pourvue de l'amenée de vapeur comme soufflerie à jet de vapeur, de sorte que la résistance d'aspiration soit réduite, .REVENDICATIONS.
1. Gazogène à jet rapide, à tuyère unique, pour la formation d'un mélange gazeux riche en hydrogène en partant de combustibles pauvres en goudron et d'air de gazéification additionné de vapeur d'eau, caractérisé en ce que la tuyère pénétrant dans le comoustible et refroidie par la vapeur d'eau additionnée à l'air, a un petit diamètre externe et une faible épaisseur de paroi, et en ce que la zone de réaction qui se forme est, dans le cas d'une gazéification à courant normal ou à contre-courant, entourée , délimitée directement par une caisse de foyer, et, dans le cas d'une gazéification a courant transversal, par une ou plusieurs caches.