Procédé pour<B>la</B> compression de gaz et moto-compresseur destiné à l'application de ce procédé. La présente invention a pour objet un procédé pour la compression de gaz suivant lequel une charge de mélange détonant com primé introduite clans un cylindre déplace depuis la culasse, d'abord par sa pression même, puis par son explosion, un piston libre, et réduit ainsi d'une petite quantité le volume d'une provision de gaz comprimé contenu dans un réservoir, tout en produi sant l'aspiration d'une charge de gaz, et la détente, jusqu'à son volume primitif, de la provision de gaz comprimé,.
produit la com pression et le refoulement de la charge sus dite dans le réservoir où se trouve la provi sion de gaz comprimé, ainsi que l'expulsion (les produits brûlés, en développant la quan tité de travail exactement nécessaire pour que le piston libre retrouve son point de dé part avec une vitesse nulle.
Le moto-compresseur destiné à l'applica- lion de ce procédé comporte un cylindre d'ex plosion. un cylindre de compression de gaz et un cylindre de contre-pression placés sur iiii intqne ase et. contenant respectivement des pistons unis rigidement entre eux, mais in dépendants de liaison mééanique avec d'au tres organes, et agissant par leur force vive, le cylindre de contre-pression étant en com munication libre avec un:
réservoir de grande capacité dont la pression est contrôlée par un régulateur, -le cylindre de compression de gaz étant relié au réservoir, et la section du pis ton compresseur de gaz étant au moins égale à celle du piston de contre-pression, le rap port des sections de ces .deux pistons étant déterminé, d'après la pression que l'on veut obtenir clans le réservoir de l'appareil, de ma nière à réaliser l'égalité des travaux moteur et résistant de compression.
Une forme d'exécution du présent moto- compresseur est représentée, à titre d'exem ple, .au dessin annexé.
L'appareil se compose essentiellement de trois cylindres de même axe: un cylindre moteur 1, un cylindre compresseur 2 et un cylindre de contre-pression 3. Dans chacun de ces cylindres se déplace un piston libre (le toute liaison mécanique 4, 5, G, ces trois pistons ayant également même axe et étant rigidement reliés entre eux. L'ensemble est complété par un réservoir d'air à grande capacité- 7 portant l'ensemble des trois cy lindres et un régulateur 8. Le cylindre de contre-pression 3 pénètre dans le réservoir 7 avec lequel il communique par de larges ou vertures 9.
La section du cylindre 3 est légèrement inférieure à celle du cylindre 1; la. section utile du cylindre 2 est généralement supé rieure à la section du cylindre 3 et se déter mine par rapport à celle-ci d'après la pres sion que l'on désire obtenir ainsi qu'on l'ex pliquera. plus loin.
Le cylindre moteur 1 est surmonté d'une culasse 10 portant une soupape commandée 11 pour l'admission du mélange explosif comprimé, une soupape commandée 12 pour l'échappement des gaz brûlés, et une bougie d'allumage électrique 13. La commande des .soupapes 11 et 12 se fait par tout dispositif approprié, par exemple par le dispositif pneumatique décrit au brevet français 5.19801 du 30 juillet 1921. La paroi du cy lindre 1 porte, à hauteur convenable, un ou plusieurs orifices d'injection d'eau 14.
Le compresseur 2 est muni de plusieurs soupapes automatiques d'aspiration 15, tan dis que l'air comprimé est refoulé dans le réservoir 7 à. travers la soupape automatique <B>16</B> par le tuyau 17. Il est percé à sa partie inférieur, de larges ouvertures 1.8 communi quant librement avec l'air ambiant. Un ré servoir 19 contient de l'eau froide dont le débit est contrôlé par le robinet 20 et par la valve 21 et qui est déversée par les orifices 2? au-dessus de chacune des soupapes 15; un tuyau 23 permet de reprendre l'eau qui s'est accumulée dans le fond du réservoir 7 et de -l'injecter par les orifices 14 dans le cy lindre 1..
Dans le fond du cylindre 3 est ménagé un dasli-pot 24 vers l'intérieur duquel .s'ouvre une soupape 25. Un orifice de faible .section 26 fait communiquer le fond du cy lindre 3 avec le réservoir 7: Le régulateur se compose essentiellement d'un corps 8 percé sur toute sa hauteur d'un trou cylindrique dans lequel se déplace un piston 2 7 creusé de quatre gorges circulaires 28, 29, 30 et 31, et dont la tige 32 com mande, par l'intermédiaire du renvoi de mou vement 33, la valve 21.
Un ressort à, tension réglable 34 entoure cette tige et .appuie cons tamment sur le piston<B>27.</B> Dans ce régulateur, on peut distinguer les différentes parties sui vantes: Un cylindre inférieur 35 fermé par le bas et communiquant par la tubulure 36 avec le réservoir 7; des chambres 37, 38, 41 et 43 et un cylindre supérieur 39 ouvert en haut à l'atmosphère.
Un tuyau 40 fais: communiquer la partie supérieure du réservoir 7 avec les chambres 41 et 43. L'air comprimé destiné aux em plois extérieurs passe de la, chambre 41 dans la chambre 37 et en sort par la tubulure 4?. L'air comprimé destiné à l'alimentation du moteur passe de la. chambre 43 dans la cham bre 38, d'oii part un tuyau 44 aboutissant à un serpentin 45 et à un carburateur 46 tous deux disposés à l'intérieur d'un récipient échangeur de température 47; le carburant est envoyé par une pompe non figurée dans le carburateur où il pénètre par l'orifice 48. Une canalisation 49 conduit le mélange ex plosif à. la soupape d'admission 11.
Une canalisation 50 reçoit les gaz brûlés et l'eau d'injection évacués par la soupape 12 et les conduit dans le récipient 47 de l'échangeur- de température qui est muni d'un orifice .d'écoulement 51.
Les pistons 4, 5 et 6 ne comportent pas de segments élastiques. Ils peuvent, à volonté, porter des gorges circulaires. Leur lubrifica tion est assurée, et leur étanchéité est com plétée par des joints d'eau, gorges circu laires telles que<B>522</B> et 53, creusées dans les parois des cylindres constamment recouver tes par les pistons; ces joints sont alimentés par l'eau sous pression du réservoir 7.
Ces dispositions permettent l'emploi de pistons en bois, imperméabilisé par tous moyens appropriés, armé ou non de métal, ou en toute autre matière légére. Pour obtenir un ajustage très précis vies piston; malgré la suppression des segments et. la rigidité et la grande longueur de la Nièce unique formée par ces trois pistons, les I roi,; "-lindres sont montés exactement sur le in(^^#m(, axe.
A cet effet, les brides de ces cy- lindre, sont très larges, et ne présentent aucun emboîtage, afin de se prêter à un dres sage parfait sur toute leur étendue. Les faces cui contact des deux brides à réunir sont e-reusées chacune sur un même diamètre aussi grand que possible d'une rainure cir culaire 54. Une bague 55 ajustée sur ses diamètres intérieur et extérieur, s'engage clans les deux rainures placées en regard, sans porter sur leurs fonds.
Partout où ces brides forment joint, l'étanchéité de ce joint est assurée par le dressage des surfaces en duites au besoin d'un liquide visqueux, mais sans interposition d'aucune matière solide formant épaisseur.
Si l'on veut utiliser la bague 55 pour com pléter l'étanchéité du joint, on la placera à l'intérieur de la ligne des boulons, et on la fabriquera en un métal dont le coefficient de dilatation soit supérieur à celui des brides.
Le fonctionnement clé l'ensemble qui vient d'être décrit est le suivant: . Supposons le réservoir 7 rempli d'air par un moyen quelconque à la. pression con venable, les pistons 4 et 5 en contact avec leur culasses, .et toutes les soupapes fer mées. L'air comprimé arrive du réservoir 7 à travers le régulateur 8 dont le ressort 34 est réglé de manière à équilibrer une pres sion en 35 un peu inférieure à la pression de fonctionnement du compresseur quand le pis ton 27 est à sa position basse. Il se mélange au carburant ,et se- rend à la soupape 11. Celle-ci s'ouvre, et le mélange; qui possède la pression du réservoir 7 pénètre clans le cy lindre 1. La section de ce cylindre étant faiblement supérieure à celle du cylindre 3, les trois pistons 4, 5 et 6 sont refoulés avec une lenteur relative vers le bas.
Lorsque la quantité convenable du mélange a pénétré clans le cylindre 1, la soupape 11 se referme, par exemple comme il a été expliqué au brevet français 549804, une étincelle éclate en 13, les pistons sont chassés par l'explo sion. Dans ce mouvement descendant le pis ton 5 aspire une charge d'air dans le cylindre 2; .le piston 6 refoule dans le réservoir 7 par les orifices 9 l'air comprimé qui occupait le cylindre 3.
Vers la fin de la même course descen dante, la soupape 12 s'ouvre, par exemple comme il a été expliqué au brevet 549804, et les gaz brûlés commencent à s'échappér dans l'atmosphère si leur pression résiduelle est suffisante.. A peu .près en même temps, le piston 4 démasque les orifices 14, l'eau sous pression du réservoir 7 fait irruption dans le cylindre et refroidit les gaz rési duels et les parois, jusqu'au moment où le piston 4 viendra en remontant, refermer les orifices 14.
Pendant cette course descendante la vi tesse des pistons s'accélère jusqu'au moment ou la pression des gaz brûlés tombe- à la pression du réservoir; à partir de ce moment, la vitesse des pistons diminue, et la course s'achève avec le concours de leur force vive.
Dès que les pistons se sont arrêtés, la pres sion de l'air du réservoir 7 sur le piston 6 repousse vers le haut le système 6, 5, 4. Le piston 4 refoule par la soupape 12 le résidu brîilé et l'eau d'injection clans le récipient 47.. Le piston 5 comprime l'air contenu flans le cylindre 2, puis le refoule par la soupape 16 et le tuyau 17 dans le réservoir 7.
Pendant cette course ascendante- l'effort résistant des gaz de la, pompe 2 est d'abord inférieur à l'effort moteur de l'air chi réser voir, et la vitesse des pistons s'accélère jus qu'au moment oii dans les cylindres 2 et 3 les deux produits de la section par la pres sion arrivent à l'égalité. A partir de ce point, l'effort résistant de l'air comprimé dans la pompe 2 -dépasse l'effort moteur de l'air du réservoir, la vitesse décroît, et la course se continue et s'achève avec le concours de la force vive des pistons.
Cette force vive doit être entièrement épuisée au point précis où les pistons 4 et 5 arrivent au contact de leurs culasses; si<B>là</B> machine est- réglée correcte ment. _ Ce résultat sera. obtenu si, pendant cha que course de retour, la somme des travaux élémentaires moteurs est égale à la somme des travaux élémentaires résistants.
Supposons la machine bien réglée: Dans ce cas, les pistons reviennent chaque fois presque au contact des culasses, et la course de retour est toujours égale à la course d'aller. Dans ce même cas, le -travail total de compression et de refoulement de la charge d'air par la pompe 2. est sensiblement pro portionnel au volume d'air aspiré et par suite ce travail est proportionnel aussi à la Ion geur de la course d'aspiration (ou d'aller). Enfin puisque la capacité du réservoir 7 est supposée très grande par rapport au volume du cylindre 3, l'effort moteur développé par le piston 6, est sensiblement constant pendant toute sa -course de retour; autrement dit, le travail du piston 6 est proportionnel à cette course.
Rapprochant ces éléments, on conclut due, si l'égalité du travail résistant du pis ton compresseur 5 et du travail moteur du piston 6 a été établie pour une course de re tour de longueur déterminée, cette égalité subsistera pour des courses de longueur quel conque. Les moyens d'établir ladite égalité pour une course de longueur arbitraire res tent donc seuls à déterminer.
Si l'on considère le travail total néces saire pour comprimer isothermiquement et re fouler à pression constante dans un réservoir l'unité de volume d'un gaz, on sait que les travaux correspondants à .diverses pressions au réservoir, sont entre eux comme les loga rithmes des rapports de ces pressions à la pression initiale. Il en résulte que le travail total de compression croît moins vite due la pression dans le réservoir.
Comme, -d'autre part, dans l'appareil décrit, le travail moteur du piston 6- croît aussi vite que la pression au réservoir, il s'ensuit que, pour absorber la totalité de ce travail, la pompe 2 devra présenter une plus grande section par rap port à celle du cylindre 3 quand la pression dans le réservoir 7 devra être élévée, que si cette pression doit être faible. Pratiquement, le rapport des section:. des deux cylindres, voisin de l'unité pour des pressions peu su périeures à celle de l'atmosphère, sera de deux environ pour une compression à trois atmosphères, de trois pour sept atmosphères, de quatre pour douze atmosphères, etc.
Réciproquement, avec un moto- compres seur possédant deux cylindres 2 et 3 de sec tions données, l'égalité des travaux moteur et résistant de compression ne s'établira que pour une pression au réservoir rigoureuse ment déterminée, qu'on peut appeler sa "pres- sion de régime". Une pression supérieure provoquerait des chocs des pistons sur les cu lasses. Avec une pression inférieure, les pis tons s'arrêteraient trop tôt, et le rendement de compression baisserait.
Pour assurer et maintenir une pression de régime déterminée on déterminera. donc le rapport voulu des sections des cylindres 2 et 3, puis, lors de la mise en marche, on re cherchera par tâtonnements la valeur exacte de la pression au réservoir qui correspond à ce rapport.
Pendant la marche, la pression de régime ainsi déterminée doit être maintenue par faitement constante. Cette dernière tâche est confiée au régulateur 8 déjà décrit, qui opère comme suit: Lorsque le piston-valve 27 est au repos au bas de sa course, il n'établit aucune commu nication entre les chambres 41 et 37; le dé bit d'air à l'extérieur est nul. D'autre part, les gorges 28 et 29 établissent une communi= cation entre les chambres 43 et 38, de sorte qu'au contraire l'admission d'air comprimé au moteur est libre.
Quand le piston-valve 27 montant par l'effet d'une élévation de la pression sur sa face inférieure atteint sa position moyenne représentée sur la figure, le débit d'air vers l'extérieur est déjà largement ouvert par la gorge annulaire 30, mais le débit d'air au carburateur est déjà un peu étranglé et le moteur est déjà ralenti.
En effet, on voit que l'air comprimé ne passe plus de la, cham- brë 43 à la chambre 38 que par la- fente dé terminée par la lèvre inférieure de la rai nure circulaire '?9 du piston 27 et la lèvre inférieure de la cloison 56 du côté droit du liston ?ï. Il suffira donc d'un léger excès de pression du réservoir faisant monter en core un peu le piston 27 pour fermer cet étroit passage et arrêter le moteur jusqu'à ce que la pression soit revenue à la normale par l'écoulement extérieur.
Enfin, dans la position haute du piston- valve, les passages entre 41 et 37 sont tou jours largement ouverts, mais ceux de la chambre 38 sont complètement fermés.
Par conséquent: A. Le débit extérieur d'air comprimé ne peut commencer que si la pression de régime dans le réservoir est établie. B. Ce débit est limité au débit maximum que peut fournir le compresseur. C. Quand la consommation est inférieure à ce débit maxi mum, le régulateur étrangle la conduite d'a limentation du moteur, ce qui a pour effet de diminuer la vitesse du piston 4 pendant la période d'admission, d'augmenter la durée de cette période, et de réduire ainsi le nombre des explosions par unité de temps. D. Si la consommation d'air comprimé à l'extérieur devient nulle, le moteur s'arrête, mais repart automatiquement dès que la consommation recommence.
De plus, pendant environ la moitié supé rieure de sa course le piston-valve agit sur le renvoi de mouvement 33 qui ferme la valve 21 contrôlant l'arrivée d'eau froide au com presseur dans la proportion où le régulateur réduit le nombre des explosions. En conser vant la permanence de la courbe des tempé ratures de compression à toutes les allures, ce dispositif achève d'assurer la constance du travail résistant de la pompe.
En même temps, ce moyen réalise la cons tance de température et de poids des charges de mélange introduites dans la chambre d'explosion; l'eau aspirée dans la -pompe passe ensuite comme on l'a vu, dans le cy lindre moteur, puis dans l'échangeur 46, 47, et détermine la température de leurs parois, et, par conséquent, celle du mélange.
Si, par tous moyens appropriés et qui dépendent, évidemment du système de distribution non décrit auquel on aura recours, l'on a soin d'assurer à la chambre d'explosion un vo lume constant et au gaz une composition aussi uniforme que possible, la constance de température du mélange aohèvera de donner aux explosions successives une régularité de puissance suffisante.pour permettre d'utili ser la presque totalité de la longueur des cy lindres, sans chocs du piston 5 au bout de sa descente.
Par surcroît de prudence, on a placé en 24 un dash-pot qui entre en action quand 1e piston 6 descend assez bas pour obturer les orifices 9 et empêcher tout choc dans le cas accidentel d'explosions trop puissantes. C'est afin que la proportionnalité du travail du piston 6 à sa course, dont l'utilité a été signalisée, ne soit pas compromise dans le cas -où le dash-pot entrerait en action que le fond est percé d'un orifice 26 dont la section est telle que la pression moyenne de détente de l'air enfermé dans la capacité 24 sous le piston 6 soit inférieure à sa pression moyenne de compression et à peu près égale à la pres sion du réservoir.
Pour alimenter le moteur au gaz pauvre on fera passer en dérivation une partie de l'air comprimé destiné à la formation du mé lange à travers un gazogène fermé dans le quel le charbon sera brûlé incomplètement sous pression.
Pour réaliser de hautes pressions, on pratiquera la compression étagée. Il suffira d'entourer le cylindre 2 tout entier d'une enveloppe étanche englobant les soupapes d'aspiration 15 de la pompe, ainsi .que les orifices 18 .s'ouvrant à sa base et de mettre la capacité ainsi formée en communication avec le réservoir d'air d'un moto-compresseur fonctionnant à basse-pression. Ainsi, le pis ton de la pompe supportera sur ses deux faces la pression de cette capacité, aspirera une charge d'air déjà comprimé de la même manière qu'une charge atmosphérique et com primera cette charge dans son propre réser voir à une pression supérieure.
Dans une série de compresseurs ainsi étagés, l'air comprimé par l'un d'eux pourra. servir à alimenter les moteurs des compres seurs placés au-dessus ou au-dessous de lui dans la série, en donnant au cylindre d'ex plosion par rapport au cylindre de contre- pression une section telle que le travail ré sistant développé dans ce dernier soit tou jours égal au travail moteur produit par l'explosion.
On pourra encore diriger le refoulement du compresseur dans un réservoir distinct de celui du moteur et maintenu par un r6gu@i- teur spécial à une pression supérieure ou in férieure à celle de régime dudit .moteur, et donner au cylindre compresseur la section relative appropriée, le moteur étant alimenté par un moto-compresseur auxiliaire, etr.
Pour .comprimer un gaz quelconque on alimentera d'air comprimé le moteur de la pompe à gaz à l'aide d'un moto-conipresseur auxiliaire. Inversement, pour utiliser des gaz combustibles préexistants (gaz de hauts four neaux par exemple), à l'alimentation d'un moto-compresseur d'air on aura, recours pour la compression du gaz à un moto-compres- seur auxiliaire dont le moteur sera alimenté d'air comprimé par le moto-compresseur principal.