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BREVET D'INTENTION
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Perfectionnements aux tayéresdb gazogènes
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Mons1tlr .,.A-lert, A+e:xndre, -Augustin 1} ARp RYE 2q5 n@ xoq11à'yaiiiqnt à Bondy (Sethet
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CONVENTION lNi,,îOiI:Priarf. dq la 4enian<e de brevet eu 3banae %µ '486,,456 39. eé enb9 19,
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Pour éviter la détérioration, panwéohaaffecent, des uyè- res de, gazogène, on petit cherher à lés",refràid1r, soi% par liai> même travers'-1 tuyère, soit par une a3.,roulatibn ean, ¯ Dans le cas des gazogènes pour vébiaules automobiles, et dans la Fut *,éviter la sujétion d'ân è:1ronlat1on à'eau,, tout en bénéficiant de la ogngeotion en%,te une paroi métallique et on ligUi- ee. on utilise 4ne aaba'6ace fusible, introduite par un orifice o'b:t\1.rable, dans 'âne oapaoité fl1éjQeÀeà aatre la tuyère et âne double enveloppe-- cze ¯ à sa tempérrtl;1rEl- d f'usi9n;
f pi.a maintenue om. gaz. fat d'agitation par ls "seaotsss que produit la marche, cette sl1b tance transfëBe de la chaleur de tagon continue, de la face interne de la double enveloppe à la face externe du tube central, dans loguipl circule l'air admis au gazogène. t '\ Pour améliorer le résultat, on petit envisager- de-rétroidir,, extérieurement ou gazogène, la substance fusible uti11sêeZ Es foretioipner.ett, il existe" pour la do-t'1Dle enveloppe, des différences très élevées de température entre la partie eveuts, intérieure ag ga2fogn;e et fortement eauffée-2 et la partie'arrière, extérieure et refroidie ' '
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La substance fusible doit avoir un point décision peu élevé, de manière à prendre rapidement l'état liquide à la partie arrière, extérieure, de la double enveloppe.
Mais il se produit alors, à la,partie avant, des poches de vapeur empêchant ,tout con- tact entre le liquide formé et les parois, lesquelles ne sont. plus refroidies.
Si le point de fusion de la substance utilisée se rappro- che des températures atteintes à l'avant de la double enveloppe, la substance nedfond plus à l'arrière et l'on perd le bénéfice du re- froiffnsement pouvant âtre obtenu extérieurement au gazogène.
Selon l'invention, on transmet le plus de chaleur possidble, de l'avant vers l'arrière, en coulant, dans la double enveloppe, une substance à haute conductibilité thermique.
On peut combiner ce procédé : avec l'intensification du refroidissement à la partie arrière, l'emploie à cette partie, d'une substance fusible distincte, à très bas point de fusion, et l'emploi, vers l'avant, d'une autre substance fusible, à point de fusion plus élevé. Dans le cas d'emploi simultané de deux substances fusibles, la substance à haute conductibilité thermique, intercalée entre les deux substances remplit, àe l'une à 1'autre, le rôl,e d'agent de trans- mission de la chaleur.
La substance intermédiaire peut, si son point de fusion est approprié servir à la fois : de substance séparatrice, conductrice de la chaleur et, par sa partie antérieure, de substance fusible,
En raison de la décroissance rapide de la température, de l'avant vers l'arrière, la partie'fondue restera assez limitée, avec un métal bon conducteur de la chaleur.
Dans le cas ordinaire d'utilisation d'une substance fusi- ble, si l'on considère la transmission'de la chaleur, à travers la double enveloppe, de son tube périphérique chauffé, vers son tu- be central refroidi, il y a, à travers chaque tube, écoulement par conductibilité, et d'un tube à l'autre, transmission par convection.
C'est également surtout par convection que le tuyère est chauffée, par son tube périphérique, et refroidie par son tube inté- rieur, dans lequel circule l'air admis augezogàne. les coefficients de convection sont : #, entre les gaz extérieurs chauds et la face externe du tube ¯périphérique de le double envelopDe ; . #entre la face interne de ce même tube et la substance fondue centre la substance fondue et la face externe du tube central ; 0(*entre la face interne de ce tube central et l'air y cir- calent,;
En désigna les coefficients de conductibilité par :
# à travers le tube périphérique, d'épaisseur
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/r à travers le tube central, ,d'épaisseur U'l ,: ' ' le coefficient général de transmission de la chaleur, dans le cas de parois de longueur infinie, o'ast-idire avec un écoulement uni- quement transversale serait tel que: ..,1 " ,. + . , + Z... (1) %T ë5t"! ' ? en posant: z 1 +.1:... '+ rI + 1 ¯ (2) T++-y-5 p Si l'on substitue, à la substance fusible, une épaisseur d'un métal dont le coefficient de critdüctitilité est on obtient la nouvelle relation : 1;: A- + ± l te
En comparant les expressions (1) et (3) ,on. voit que pour obtenir, dans le second cas, un résultat au moins équivalent, il faut avoir:.
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-<-4 (4) \iia# <4> jll ,
Cette condition sera remplie avec une épaisseur rédui- te, ce qui sera toujours le cas, et un coefficient /\ ayant une valeur élevée, ce qui sera obtenu par le choix du métal.
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,\\11 En admettant, pour simplifier, il qz>e m 3 , on trouve avec m 1 centimètre et yr= 12000 qu il rendrait, pour qu'il y ait égalité entre les deux manières d'opérer, que la valeur du clef- fiaient de oonvaetion oC,, entre métal et substanaq fondue, soit au mons égale à Z4.000.
En réalité, ce coefficient sera 1{eallooup moins élevé,,et la substitution, à la substance fusible, d'un métal bon conducteur, améliorera le coefficient général .de transmission k.
Comme les faces parallèles limitent le fluide chaud, les trois épaisseurs de métal et le fluide froid ne sont pas de longueurs infinies, mais, en-réalité, assez courtes., la transmission de cha- leur ne se fera pas,seulement selon une direction transversale.
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Le flux calo-ri-fique sera dirigé perpendiculairement aux lignes iso- thermes, lesquelles seront plus ou moins Inclinées par rapport à l'axe longitudinal de la tuyère.
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Il y aura donc, d'avant en arrière, un écoulement de cha- leur d'autant plus important que sera plus élevée la conductibilité thermique du métal intermédiaire.
Pour faciliter l'écoulement général de la chaleur, on pourra recourir à l'emploi d'un métal très bon conducteur, par ,exemple, le cuivre, le magnésium, l'aluminium, ou leurs alliages.
On sait, que l'aluminium a non seulement un coefficient de - valeur élevée, mais encore que cette valeur augmente avec la tem- pérature.
En chauffant, à une température convenable, la double enveloppe, au moment de la coulée du métal bon conducteur, on.pour- ra obtenir, entre le retrait de solidification de celui-ci, et les différences de dilatation du métal coulé, et de celui de la double enveloppe, la compensation nécessaire pour qu'aux tempérances de fonctionnement, il y ait, sans tensions internes anormales, un bon contact, assurant une efficace transmission de la chaleur.
Parmi-les alliages d'aluminium, pouvant être utilisés, on peut citer l'alliage à 13 % de,silicium, dit *alpax* dont la diffi- culté d'usinage ne présentera,/en ce cas, aucun inconvénient, puis- qu'il sera simplement coulé dans la double enveloppe de la tuyère.
Son point de fusion n'étant que de 575 , l'alpax pourra, à la partie avant de la tuyère, jouer le rôle de substance fusible, si la température s'élève trop.
On conçoit, d'après ce qui a été indiqué, que l'on puisse obtenir une tuyère ayant un bon refroidissement simplement en cou- lant, dans une double enveloppe infusible, une substance ayant un coefficient élevé de conductibilité thermique, par exemple le cui- vre, léamagnésinm, l'aluminium, ou leurs alliages.
La double enveloppe sera, s'il y a lieu, protégée intérieu- rement contre l'action de la substance coulée..
On peut d'ailleurs, tout à fait à l'avant de la double en- veloppe, prévoir l'emploi combiné d'une substance fusible, telle que le plomb par exemple.
Il est connu d'utiliser le plomb comme substance fusible.
Il ne peut jouer, à la fois, le rôle de substance bonne conductri- ce de la chaleur. Son point de fusion n'étant que de 326 , le plomb se trouve assez rapidement fondu en totalité. La partie arrière, qui n'est pas encore fondue, n'a que de très faibles qualités de transmission calorifique. Le coefficient # de conductibilité ther- mique est, pour le plomb, 4 à 6 fois inférieur à celui de l'alu- minium et de ses alliages.
Selon l'invention, pour accroître le refroidissement de le substance intermédiaire, bonne conductrice de la chaleur, cette substance pourra, dans tous les cas, s'élargir à l'arrière de la tuyère et former, par exemple, une couronne d'épaisseur décrois- santé.
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L'invention sera mieux comprise en se référant au dessin annexé dans lequel il est montré schématiquement et à titre d'exem- ple seulement, plusieurs modes de réalisation.
Les figs. 1 à 4 représentent.chacune, en coupe longitudi- nale, une tuyère selon l'invention.
Sur la fig. 1, la tuyère, montée sur la paroi 6 d'un ga- zogène, est formée d'un tube central ln infusible aux températures de fonctionnement, constituant la tuyère proprement dite, et dans lequel circule l'air admis au gazogène.
Un,tube concentrique 2, également infusible, forme double enveloppe.
Dans la capacité close 7, ménagée entre les tubas concen- triques 1 et 2, et munis d'orifices de remplissage, fermés, par des bouchons 8, on a coulé: vers l'avant, une substance fusible 3, cette substance pouvant, par exemple, être du plomb; puis, occupant une importante partie du volume intérieur de la double enveloppe, une seconde substance 4, à point de fusion plus élevé, laquelle, µgrès refroidissement, forme, en.. fonctionne- ment, une séparation métallique, -bonne-conductrice, entr la sub- stance fusible S, et une seconde substance fusible 5, introduite dans la partie de la double enveloppe qui est extérieure au ga- zogène.
Le point de fusion de cette seconde substance 5 est in- férieur à celui de la.substance fusible 3, introduite à l'avant , de la double enveloppe. '
Les substances fusibles, 3 et¯5, sont choisies de. manière que leur température respective de fusion soit en rapport avec la température moyénne de la tuyère, à sa partie avant, très chaude, et à sa partie extérieure dont la température est beaucoup moins élevée.'
La substance intermédiaire 4, séparant les substances fu- sibles 3 et 5, étant bonne conductrice de la chaleur en permet- l'écoulement rapide, à la fais de la périphérie vers le centre, et de l'avant vers l'arrière. La température du tube périphérique-0- se trouve fortement diminuée.
Sur la fige 2, la substance intermédiaire 4 remplit égale- ment le rôle de substance fusible par sa partie,avant 4' laquelle -portée à une température plus élevée, fond quand son point de fusion est dépassé.
Avec des points de fusion voisins de 600 à 625 , des alliages d'aluminium, utilisés.comme substance 4, peuvent jouer, à la fois, -le rôle de substance fusible à levant, et de substance bonne conductrice sur le reste de, leur longueur, Cette bonne conductibilité contribuera, d'ailleurs, à,limiter le volume pouvant
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être fondu à 1'avant.
La double enveloppe, dont les dimensions sont augmentées à sa partie arrière, forme alors une capacité 7', par exemple cy-
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lindrique, à 1,'intérienr de laquelle la substance bonne conductrice 4 s'étale sous la forme, par exemple, d'une couronne 4", d'épais- seur décroissante. De cette manière, on accroît la surface de con- tact entre la substance conductrice 4 et la substance fusible 5.
La fig. 3 montre une forme simplifiée dans laquelle la tuyè, re se réduit à une double enveloppe, avec tube périphérique 2 et tube central 1, cette double enveloppe ouverte vers l'arrière,
Une substance métallique 4, bonne conductrice de la chaleur, coulée dans la double enveloppe, forme vers l'arrière de la tuyè- re, une large couronne 4" se refroidissant directement au con- tact de l'air.
La substance 4, bonne conductrice, peut être choisie de manière à former elle-même,.si nécessaire, substance fusible à sa partie avant.
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On pourrait égitl¯entttù-til:i:àe:b:tmt,èenaJt6.lll'felume d'une substance fusible distincte, le plomb, par exemple.
La fig. 4 est une variante de la disposition de la fig. 3.
Pour accroître la convection au contact de la couronne 4", l'air ne pénètre plus dans la tuyère, à l'arrière de celle--ci, mais circule, radialement, entre la couronne 4" et un disque nervu 9 qui lui est parallèle. L'air pénètre ensuite dans la tuyère par les ouvertures'10, ménagées dans le tube central 1. Le fond 11 peut etre amovible, pour permettre l'allumage par le tube centrale.
La convection, par laquelle se refroidit la couronne 4", devenant à peu près indépendante du déplacement du.véhicule, la disposition de la fig. 4 peut être utilisée également pour des ga- zogènes fixes et, généralement, pour toutes les tuyères, quelle' que soit leur utilisation.
On peut remarquer que les dispositions des fig. 3 et 4 permettent de résoudre complètement, et de façon extrêmement simple, le problème du refroidissement des tuyères. L'utilisation des al- liages d'aluminium permet à la substance coulée 4 d'être un élément bon conducteur, transmettant rapidement la chaleur transversalement, et d'avant en arrière, et de remplir également, à sa partie avant, le rôle de substance fusible, si la ,température s'élève trop.
La disposition de la fig. 4 est également efficace contre les retours de flamme,
Selon les cas et applications, on pourra, out en restant dans les limites de l'invention, lui-apporter les modifications qui n'en altèrent pas le principe.
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PATENT OF INTENT
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Improvements to tayéresdb gasifiers
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Mons1tlr.,. A-lert, A + e: xndre, -Augustin 1} ARp RYE 2q5 n @ xoq11à'yaiiiqnt in Bondy (Sethet
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CONVENTION lNi ,, îOiI: Priarf. dq the 4enian <e of patent eu 3banae% µ '486,, 456 39. eé enb9 19,
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To avoid the deterioration, panwéohaaffecent, of the gasifier uyres, we can look for the ", refràid1r, soi% by liai> the same through'-1 nozzle, or by a3., Roulatibn ean, ¯ In the case of gasifiers for automobile vehicles, and in the future *, avoid the subjection of donkey: 1ronlat1on to water ,, while benefiting from the ogngeotion in%, you a metal wall and we ligUe. we use 4ne aaba'6ace fuse, introduced through an orifice o'b: t \ 1.rable, in the donkey oapaoité fl1éjQeÀeà aatre the nozzle and donkey double envelope-- cze ¯ at its temperature; 1rEl- d f'usi9n;
f pi. has maintained om. gas. Fat of agitation by the seaotsss produced by walking, this sl1b tance transfers continuous heat from the internal face of the double jacket to the external face of the central tube, in loguipl the air admitted to the gasifier. t '\ To improve the result, we can consider- de-cooling, externally or gasifier, the fusible substance used foretioipner.ett, there are "for the do-t'1Dle envelope, very high temperature differences between the eveuts part, interior ag ga2fogn; e and strongly watered-2 and the 'rear, exterior and cooled' part
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The fusible substance must have a low decision point, so as to rapidly assume the liquid state at the rear, outer part of the jacket.
But it then produces, at the front part, pockets of vapor preventing any contact between the liquid formed and the walls, which are not. more cooled.
If the melting point of the substance used approaches the temperatures reached at the front of the jacket, the substance no longer melts at the rear and the benefit of the cooling that can be obtained externally to the gasifier is lost. .
According to the invention, as much heat as possible is transmitted, from the front to the rear, by flowing, in the jacket, a substance with high thermal conductivity.
This process can be combined: with the intensification of the cooling at the rear part, employ it at this part, of a distinct fusible substance, with a very low melting point, and the use, towards the front, of another fusible substance with a higher melting point. In the case of simultaneous use of two fusible substances, the substance with high thermal conductivity, interposed between the two substances, fulfills, together with one another, the role of heat transfer agent.
The intermediate substance can, if its melting point is appropriate, serve at the same time: of separating substance, conductor of heat and, by its front part, of fusible substance,
Due to the rapid decrease in temperature, from front to back, the melted part will remain quite limited, with a metal that is a good conductor of heat.
In the ordinary case of using a fusible substance, if we consider the transmission of heat, through the jacket, from its heated peripheral tube, to its cooled central tube, there is , through each tube, flow by conductivity, and from tube to tube, transmission by convection.
It is also above all by convection that the nozzle is heated, by its peripheral tube, and cooled by its inner tube, in which circulates the air admitted augezogàne. the convection coefficients are: #, between the hot external gases and the external face of the peripheral tube of the double envelopDe; . #between the inner face of this same tube and the molten substance centers the molten substance and the outer face of the central tube; 0 (* between the internal face of this central tube and the air circulating therein ,;
Designated the conductivity coefficients by:
# through the peripheral tube, thick
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/ r through the central tube,, of thickness U'l,: '' the general coefficient of heat transmission, in the case of walls of infinite length, o'ast-idire with only transverse flow would be such that: .., 1 ",. +., + Z ... (1)% T ë5t"! '? by setting: z 1 +.1: ... '+ rI + 1 ¯ (2) T ++ - y-5 p If we substitute, for the fusible substance, a thickness of a metal whose criticality coefficient is we get the new relation: 1 ;: A- + ± l te
By comparing expressions (1) and (3), we. sees that to obtain, in the second case, a result at least equivalent, it is necessary to have :.
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- <- 4 (4) \ iia # <4> jll,
This condition will be fulfilled with a reduced thickness, which will always be the case, and a coefficient / \ having a high value, which will be obtained by the choice of the metal.
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, \\ 11 Assuming, for simplicity, il qz> em 3, we find with m 1 centimeter and yr = 12000 that it would render, so that there is equality between the two ways of operating, that the value of the key - relied on oC, oonvaetion between metal and molten substanaq, or at least equal to Z4,000.
In reality, this coefficient will be 1 {eallooup lower ,, and the substitution, for the fusible substance, of a good conductive metal, will improve the general coefficient of transmission k.
As the parallel faces limit the hot fluid, the three thicknesses of metal and the cold fluid are not of infinite lengths, but, in reality, quite short., The heat transmission will not take place, only in one direction. transverse.
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The caloric flow will be directed perpendicular to the isothermal lines, which will be more or less inclined with respect to the longitudinal axis of the nozzle.
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There will therefore be, from front to back, a flow of heat which is all the more important the higher the thermal conductivity of the intermediate metal.
To facilitate the general flow of heat, recourse may be had to the use of a very good conductor metal, for example copper, magnesium, aluminum, or their alloys.
It is known that aluminum not only has a high value coefficient, but also that this value increases with temperature.
By heating, to a suitable temperature, the double jacket, at the time of the pouring of the good conductive metal, we will be able to obtain, between the solidification shrinkage of the latter, and the differences in expansion of the cast metal, and of that of the double jacket, the necessary compensation so that at operating temperatures, there is, without abnormal internal tensions, a good contact, ensuring efficient heat transmission.
Among the aluminum alloys which can be used, mention may be made of the 13% silicon alloy, called * alpax *, the difficulty of which in machining will not present, / in this case, any disadvantage, since that it will simply be cast in the double jacket of the nozzle.
Its melting point being only 575, the alpax can, at the front part of the nozzle, play the role of a fusible substance, if the temperature rises too much.
It is understood, from what has been indicated, that it is possible to obtain a nozzle having good cooling simply by casting, in an infusible double jacket, a substance having a high coefficient of thermal conductivity, for example copper. - glass, lamagnesinm, aluminum, or their alloys.
The double envelope will, if necessary, be internally protected against the action of the substance being cast.
It is also possible, quite at the front of the double envelope, to provide for the combined use of a fusible substance, such as lead for example.
It is known to use lead as a fusible substance.
It cannot at the same time play the role of a substance which is a good conductor of heat. Its melting point being only 326, the lead is quite quickly completely melted. The rear part, which is not yet melted, has only very poor heat transfer qualities. The coefficient # of thermal conductivity is, for lead, 4 to 6 times lower than that of aluminum and its alloys.
According to the invention, to increase the cooling of the intermediate substance, which is a good conductor of heat, this substance may, in all cases, widen at the rear of the nozzle and form, for example, a ring of thickness de-health.
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The invention will be better understood with reference to the accompanying drawing in which it is shown schematically and by way of example only, several embodiments.
Figs. 1 to 4 each represent, in longitudinal section, a nozzle according to the invention.
In fig. 1, the nozzle, mounted on the wall 6 of a gasifier, is formed of a central tube ln infusible at operating temperatures, constituting the nozzle proper, and in which circulates the air admitted to the gasifier.
One, concentric tube 2, also infusible, double jacket form.
In the closed capacity 7, arranged between the concentrated tubas 1 and 2, and provided with filling openings, closed by plugs 8, we poured: towards the front, a fusible substance 3, this substance being able, for example, be lead; then, occupying a large part of the internal volume of the double envelope, a second substance 4, with a higher melting point, which, µgres cooling, forms, in operation, a metallic separation, -good-conductive, between the fusible substance S, and a second fusible substance 5, introduced into the part of the double casing which is external to the gasifier.
The melting point of this second substance 5 is lower than that of the fusible substance 3, introduced at the front of the jacket. '
The fusible substances, 3 and ¯5, are chosen from. so that their respective melting temperature is related to the average temperature of the nozzle, at its front part, which is very hot, and at its outer part, the temperature of which is much lower. '
The intermediate substance 4, separating the fusible substances 3 and 5, being a good conductor of heat, allows it to flow rapidly, from the periphery to the center, and from the front to the rear. The temperature of the peripheral tube-0- is greatly reduced.
In Fig. 2, the intermediate substance 4 also fulfills the role of fusible substance through its part, before 4 'which, when brought to a higher temperature, melts when its melting point is exceeded.
With melting points close to 600 to 625, aluminum alloys, used as substance 4, can play, at the same time, the role of fusible substance with rising, and of good conductive substance on the rest of, their length, This good conductivity will contribute, moreover, to limit the volume that can
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be melted in front.
The double envelope, the dimensions of which are increased at its rear part, then forms a capacity 7 ', for example cy-
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lindrical, on the inside of which the good conductive substance 4 spreads out in the form, for example, of a ring 4 ", of decreasing thickness. In this way, the contact surface is increased. between conductive substance 4 and fusible substance 5.
Fig. 3 shows a simplified form in which the nozzle is reduced to a double envelope, with peripheral tube 2 and central tube 1, this double envelope open towards the rear,
A metallic substance 4, a good conductor of heat, poured into the double jacket, forms towards the rear of the nozzle, a large crown 4 "which cools directly on contact with air.
Substance 4, a good conductor, can be chosen so as to form itself, if necessary, a fusible substance at its front part.
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One could also think of: i: àe: b: tmt, èenaJt6.ll the fume of a distinct fusible substance, for example lead.
Fig. 4 is a variant of the arrangement of FIG. 3.
To increase the convection in contact with the crown 4 ", the air no longer enters the nozzle, at the rear of the latter, but circulates, radially, between the crown 4" and a ribbed disc 9 which is there. parallel. The air then enters the nozzle through the openings'10, formed in the central tube 1. The bottom 11 can be removable, to allow ignition by the central tube.
The convection, by which the crown 4 "cools, becoming more or less independent of the movement of the vehicle, the arrangement of fig. 4 can be used also for fixed gogens and, generally, for all the nozzles, whatever. 'whatever their use.
It can be noted that the arrangements of FIGS. 3 and 4 make it possible to solve completely, and in an extremely simple manner, the problem of cooling the nozzles. The use of aluminum alloys enables the cast substance 4 to be a good conductor element, rapidly transmitting heat transversely, and from front to back, and also to fulfill, at its front part, the role of. fusible substance, if the temperature rises too much.
The arrangement of FIG. 4 is also effective against flashbacks,
Depending on the cases and applications, it is possible, while remaining within the limits of the invention, to make modifications to it which do not alter the principle thereof.