Procédé d'humidification de l'air moteur dans une transmission pneumatique de mouvement. Il est déjà connu d'utiliser comme mode de transmission du mouvement d'un moteur, en particulier d'un moteur Diesel, un ensem ble constitué par un compresseur entraîné par le moteur et par des cylindres récepteurs, dans lesquels l'air comprimé par le compres seur agit comme fluide moteur. Il est parti culièrement prévu d'utiliser ce mode de trans mission pour les locomotives.
Mais il est avantageux et même indispen sable dans le. cas des grandes puissances, pour que la détente de l'air comprimé puisse s'ef fectuer sans inconvénient et sans que la tem pérature de l'air détendu s'abaisse de trop, -de mélanger à l'air de la vapeur d'-eau qui, en se condensant, restitue sa chaleur de va porisation et diminue ainsi l'abaissement de la température de l'air détendu, Or, l'expérience montre que les variations de charge, d'une part, @et les variations -de l'état de l'air extérieur, d'autre part,
entraî nent dans tous les systèmes utilisés jusqu'ici des variations inadmissibles flans l'état de l'air comprimé alimentant les cylindres moteurs.
La présente invention permet de suppri mer ces inconvénients. Elle a pour objet un procédé d'humidification de l'air moteur dans une transmission pneumatique de mouvement comprenant un système moteur-compresseur et un moteur à mélange d'air et de vapeur alimenté par le compresseur, procédé dans le quel cet air est amené à un état final présen tant des conditions déterminées de pression, de température et d'humidité, caractérisé en ce que l'air est, avant son introduction dans le moteur @à air, soumis, d'une part, à une humidification proportionnelle à son débit, et, d'autre part,,à un réglage de sa tempéra ture,
en vue duquel l'air arrivant à une tem pérature variable dans un réchauffeur s'y réchauffe pour ;être ensuite mélangé à une certaine quantité d'air complémentaire de température inférieure également variable, la température de ce mélange tant réglée au moyen d'un thermostat qui, soumis à la tem pérature du fluide après mélange, agit auto matiquement sur l'apport de chaleur d'au moins l'un des composants dudit mélange.
Dans un mode d'exécution du procédé, le réglage de la température du mélange d'air peut être obtenu en faisant varier par un ré glage thermostatique le débit des gaz d'échap pement du moteur alimentant le réchauffeur d'air, une partie de ces .gaz étant ainsi éven tuellement rejetée à l'atmosphère sans passer dans cet échangeur.
Le thermostat est alors conçu pour ouvrir une vanne ou un papillon libérant les gaz d'échappement quand la température du mé lange tend à monter. On peut aussi agir sur la proportion des deux composants. Bien en tendu, les deux modes indiqués de réglage peuvent être utilisés en combinaison.
Pour produire l'humidification, on peut injecter dans le mélange d'air de la vapeur produite dans un générateur approprié, de préférence chauffé par les gaz d'échappement du moteur, par exemple. un Diesel.
Le dessin annexé montre, à titre d'exem ple, des schémas d'installations pour la mise en oeuvre de diverses formes d'exécution du procédé objet de l'invention.
La fig. 1 montre schématiquement une forme de réalisation et les fig. 2, 3, 4, 5, 6 et 7 représentent six schémas de variantes.
Sur la fig. 1, 1 représente le moteur Diesel, 2 le réchauffeur d'air, 3 le groupe compresseur comprenant deux cylindres BP <I>4</I> et 5 et un cylindre <I>HP 6;</I> les pompes d'in jection d'eau sont représentées en 7, elles en voient l'eau dans les enceintes, 8 et 9, dites saturateurs, 10 représente le receiver où est admis le mélange final, d'où il est envoyé dans les cylindres moteurs 19.
Pour fixer les idées, les températures et teneurs en vapeur du mélange correspondant à un exemple vont être indiquées ci-après L'air extérieur est aspiré dans le réchauf feur 2 par des filtres 11; ce réchauffeur est parcouru par les gaz d'échappement du mo teur 1, qui y sont amenés par la tubulure 12. Les gaz d'échappement sont à, une tempé- rature voisine de 400 , ils échauffent l'air à une températeur minimum de 120'.
Si la température de cet air sortant du réchauffeur 2 est supérieure à 120 , une cer taine proportion d'air frais est admise par la tubulure 13. Cet air frais est filtré au moyen d'un filtre 13 bis.
Cette quantité d'air est réglée au moyen de la vanne 14 pour que la température du mélange soit 120 et cela au moyen d'un dispositif thermostatique 15, soumis à la tem pérature de ce mélange en un point 16, où ce mélange est complètement achevé.
En aval de la tubulure 13 d'arrivée d'air frais sont disposées des chicanes 17 et un mélangeur rotatif 18, le tout destiné au brassage du mélange. Le point 16 de prise de température est en aval de ces dispositifs de brassage: L'air à, 120 est amené dans l'enceinte 8 dite pré-saturateur, dans laquelle les pompes 7 injectent de l'eau finement pulvérisée (dans une proportion de 3<B>%</B> du débit d'air) qui se transforme en vapeur, et abaisse la température à 45 C.
L'air à 45 ainsi chargé de vapeur est aspiré dans les cylindres BP 4 et 5 qui le compriment à 4,7 atmosphères absolues et portent sa température à 210 .
Le mélange d'air et de vapeur, après cette première compression est envoyé dans le sa turateur 9, dans lequel l'eau injectée par les pompes 7 augmente la teneur en vapeur de 59'o.
Cette injection ramène la température à <B>100'</B> C environ.
Le mélange ainsi obtenu à, 100 C et 4,70 atmosphères absolues est admis dans le cylin dre<I>HP 6</I> qui le comprime à. 16 atmosphères absolues et porte sa température à 230 C.
Ce mélange d'air plus 8 % de vapeur (plus humidité naturelle) arrive au reeeiver 10 d'où il est envoyé aux cylindres moteurs 19 de la locomotive.
Bien entendu, des variantes de détail peuvent être introduites, telles que celles déjà mentionnées: le réglage de la température de l'air au moyen d'un réglage thermostatique des gaz d'échappement admis au réchauffeur 2, la vaporisation, au moyen de générateurs appropriés, de l'eau refoulée par les pompes 7 , avant que cette eau atteigne les saturateurs 8 et 9. Cette variante aurait pour effet une diminution de température beaucoup moins forte dans ces enoeintels.
Dans les fig. 2 à 7, les lettres S désignent des saturateurs, R des réchauffeurs, B les cy lindres basse pression du compresseur et H les cylindres haute pression. Les mêmes si gnes de référence désignent les mêmes élé ments dans les diverses figures.
La fig. 2 représente une disposition sem blable à,celle décrite en référence à la fig. 1, à laquelle sont ajoutés un saturateur et un réchauffeur en aval du cylindre haute pression.
2 désigne un premier réchauffeur, 13 est la conduite d'air frais aboutissant à la vanne de réglage 14 commandée par le dispositif thermostatique 15 suivant les variations de la température du mélange en 16. 4 est le cylindre basse pression, 9 un saturateur, 6 le cylindre haute pression.
Le mélange qui a été réchauffé pendant la compression en 6 peut vaporiser de l'eau; on prévoit donc le saturateur 20 qui abaisse la. température du mélange, qui est relevée par le réchauffeur 21.
En 10 est figuré le receiver du fluide mo teur, et en 19 les cylindres moteurs.
La fig. 3 représente une variante de la fig. 2 dans laquelle le cylindre BP <I>4</I> aspire directement dans l'atmosphère. Une dériva tion 22 est prévue en parallèle avec le ré chauffeur 21 et au point de rejonetion de la conduite principale 2.3, et de la dérivation 22 est prévue la vanne 14 placée sous la dépen dance de la température du fluide au point 16 par l'intermédiaire du dispositif 15. On a ainsi un courant d'air complémentaire plus frais arrivant par 22 et dont le débit est réglé par le dispositif thermostatique.
Dans la variante de la fig. 4, on prévoit entre les cylindres BP <I>4</I> et<I>HP 6</I> non seule- ment le saturateur 9, mais un réchauffeur 24 suivi d'un autre saturateur 25.
Le réglage thermostatique peut y être ob tenu, soit en amont du cylindre HP (déri vation 22', vanne 14', thermostat 15'), soit en aval du compresseur (dérivation 22", vanne 14", thermostat 15"), soit des deux façons à la fois. Ainsi dans le cas où l'ins tallation comporte les deux dispositifs de ré glage thermostatique, l'air admis au mélange sous réglage thermostatique au point 14" a déjà subi un premier mélange avec de l'air complémentaire sous réglage thermostatique.
La disposition de la fig. 4 permet une injection d'eau plus forte entre les cylindres BP et<I>HP.</I> Ce résultat peut être aussi obtenu comme indiqué fig. 5, dans laquelle un ré chauffeur 26 est placé immédiatement après le cylindre BP <I>4,</I> ce qui permet d'injecter dans le saturateur 27, qui le suit, une quan tité d'eau plus grande que dans le satura teur 9.
Le réglage thermostatique peut aussi avoir lieu entre les cylindres BP et<I>HP</I> comme indiqué fig. 6 et 7.
Dans la fig. 6, une dérivation 28 est en parallèle avec le réchauffeur 26 et le satura teur 27, la vanne 14, commandée par la tem pérature du fluide au point 16 par l'intermé diaire du dispositif 15, étant prévue au point de rejonction de la dérivation 28 avec la con duite principale 23. Un saturateur 29 est également intercalé dans la dérivation 28.
Dans la fig. 7, c'est seulement le réchauf feur 26 qui est mis en parallèle avec la dé rivatîon 30, et le réglage de la température est fait au moyen des mêmes éléments ther- mostatiques 14, 15 et 16.
Dans certains cas, notamment quand la température des gaz d'échappement est très variable, le réchauffage de l'air peut être obtenu dans un accumulateur thermique chauffé par les gaz d'échappement qui rend possible le réchauffage de l'air à une tempé rature convenable, même pendant les périodes de basse température d'échappement.
Dans le cas d'une locomotive, l'air frais d'appoint au lieu d'être aspiré dans l'atmo- sphère ambiante peut provenir du refoulement de l'air des radiateurs de la locomotive.
Au lieu d'utiliser comme fluide chauffant les gaz d'échappement du moteur, on pour rait utiliser toutes autres sources de chaleur dans lesdits éléments réchauffeurs tels en particulier que des brûleurs.
Il a été question d'éléments réchauffeurs et d'éléments saturateurs. Bien entendu, il est possible de remplacer la juxtaposition de deux tels éléments par un élément unique remplissant les deux fonctions envisagées. Dans un tel réchauffeur-saturateur, le mé lange d'eau avec l'air peut avoir lieu par in jection en pluie, ou par barbottage.
Dans une autre variante, on peut rempla cer un saturateur opérant un refroidissement de l'air et une augmentation de la teneur en vapeur par deux dispositifs réalisant succes sivement ces deux opérations, à savoir un re froidisseur et un injecteur de vapeur d'eau, cette vapeur étant produite par exemple en utilisant la chaleur des gaz d'échappement du moteur.
Dans chacune des installations décrites et représentées, il est prévu pour chaque satu rateur un dispositif de réglage agissant de façon que l'humidification de l'air traversant ce saturateur soit proportionnelle au débit de cet air.
Method of humidifying the engine air in a pneumatic motion transmission. It is already known to use, as a mode of transmitting the movement of an engine, in particular a diesel engine, an assembly consisting of a compressor driven by the engine and by receiver cylinders, in which the air compressed by the compressor acts as motor fluid. Particularly planned is to use this mode of transmission for locomotives.
But it is advantageous and even essential in the market. case of large powers, so that the expansion of the compressed air can be effected without inconvenience and without the temperature of the expanded air falling too much, - to mix the air with steam from -water which, by condensing, restores its heat of va porization and thus reduces the lowering of the temperature of the expanded air, However, experience shows that the variations in load, on the one hand, and the variations -the condition of the outside air, on the other hand,
In all the systems used up to now, there are unacceptable variations in the state of the compressed air supplying the engine cylinders.
The present invention makes it possible to eliminate these drawbacks. It relates to a method for humidifying the engine air in a pneumatic motion transmission comprising a motor-compressor system and an engine with a mixture of air and steam supplied by the compressor, in which method this air is supplied. to a final state having determined conditions of pressure, temperature and humidity, characterized in that the air is, before its introduction into the air motor, subjected, on the one hand, to a humidification proportional to its flow rate, and, on the other hand, to an adjustment of its temperature,
with a view to which the air arriving at a variable temperature in a heater is heated there in order to be then mixed with a certain quantity of complementary air of also variable lower temperature, the temperature of this mixture being regulated by means of a thermostat which, subjected to the temperature of the fluid after mixing, automatically acts on the heat input of at least one of the components of said mixture.
In one embodiment of the method, the control of the temperature of the air mixture can be obtained by varying by a thermostatic control the flow rate of the exhaust gases from the engine supplying the air heater, a part of these .gas being thus possibly rejected to the atmosphere without passing through this exchanger.
The thermostat is then designed to open a valve or butterfly releasing the exhaust gases when the temperature of the mixture tends to rise. It is also possible to act on the proportion of the two components. While taut, the two indicated adjustment modes can be used in combination.
To produce humidification, it is possible to inject into the air mixture steam produced in a suitable generator, preferably heated by the exhaust gases of the engine, for example. a Diesel.
The appended drawing shows, by way of example, diagrams of installations for implementing various embodiments of the method which is the subject of the invention.
Fig. 1 schematically shows an embodiment and FIGS. 2, 3, 4, 5, 6 and 7 represent six variation schemes.
In fig. 1, 1 represents the Diesel engine, 2 the air heater, 3 the compressor unit comprising two LP <I> 4 </I> and 5 cylinders and one <I> HP 6 cylinder; </I> the pumps of In jection of water are represented at 7, they see the water in the enclosures, 8 and 9, called saturators, 10 represents the receiver where the final mixture is admitted, from where it is sent to the engine cylinders 19.
To establish ideas, the temperatures and vapor contents of the mixture corresponding to an example will be indicated below. The outside air is drawn into the heater 2 by filters 11; this heater is traversed by the exhaust gases from the engine 1, which are brought there by the pipe 12. The exhaust gases are at a temperature close to 400, they heat the air to a minimum temperature of 120 '.
If the temperature of this air leaving the heater 2 is greater than 120, a certain proportion of fresh air is admitted through the pipe 13. This fresh air is filtered by means of a filter 13 bis.
This quantity of air is regulated by means of the valve 14 so that the temperature of the mixture is 120 and this by means of a thermostatic device 15, subjected to the temperature of this mixture at a point 16, where this mixture is completely completed.
Downstream of the fresh air inlet pipe 13 are arranged baffles 17 and a rotary mixer 18, all intended for stirring the mixture. The temperature measurement point 16 is downstream of these stirring devices: The air at, 120 is brought into the chamber 8 called pre-saturator, in which the pumps 7 inject finely atomized water (in a proportion of 3 <B>% </B> of the air flow) which turns into vapor, and lowers the temperature to 45 C.
The air at 45 thus charged with vapor is sucked into the LP cylinders 4 and 5 which compress it to 4.7 absolute atmospheres and bring its temperature to 210.
The mixture of air and steam, after this first compression is sent to its turator 9, in which the water injected by the pumps 7 increases the vapor content by 59 °.
This injection brings the temperature back to approximately <B> 100 '</B> C.
The mixture thus obtained at 100 ° C. and 4.70 atmospheres absolute is admitted into the cylinder dre <I> HP 6 </I> which compresses it to. 16 atmospheres absolute and brings its temperature to 230 C.
This mixture of air plus 8% steam (plus natural humidity) arrives at reeeiver 10 from where it is sent to engine cylinders 19 of the locomotive.
Of course, detailed variants can be introduced, such as those already mentioned: the adjustment of the air temperature by means of a thermostatic adjustment of the exhaust gases admitted to the heater 2, the vaporization, by means of generators appropriate, the water delivered by the pumps 7, before this water reaches the saturators 8 and 9. This variant would have the effect of a much smaller decrease in temperature in these enoeintels.
In fig. 2 to 7, the letters S designate saturators, R heaters, B the low pressure cylinders of the compressor and H the high pressure cylinders. The same reference signs designate the same elements in the various figures.
Fig. 2 shows a similar arrangement to that described with reference to FIG. 1, to which are added a saturator and a heater downstream of the high pressure cylinder.
2 designates a first heater, 13 is the fresh air pipe leading to the adjustment valve 14 controlled by the thermostatic device 15 according to the variations in the temperature of the mixture at 16. 4 is the low pressure cylinder, 9 a saturator, 6 the high pressure cylinder.
The mixture which has been warmed during compression at 6 may vaporize water; the saturator 20 is therefore provided which lowers the. temperature of the mixture, which is measured by the heater 21.
In 10 is shown the receiver of the motor fluid, and in 19 the motor cylinders.
Fig. 3 shows a variant of FIG. 2 in which the BP <I> 4 </I> cylinder sucks directly into the atmosphere. A bypass 22 is provided in parallel with the reheater 21 and at the junction point of the main pipe 2.3, and the bypass 22 is provided the valve 14 placed under the dependence of the temperature of the fluid at point 16 by the intermediary of the device 15. There is thus a fresh complementary air stream arriving through 22 and the flow rate of which is regulated by the thermostatic device.
In the variant of FIG. 4, between the BP <I> 4 </I> and <I> HP 6 </I> cylinders, not only the saturator 9, but a heater 24 followed by another saturator 25 is provided.
Thermostatic adjustment can be obtained there, either upstream of the HP cylinder (bypass 22 ', valve 14', thermostat 15 '), or downstream of the compressor (bypass 22 ", valve 14", thermostat 15 "), or both ways at the same time. Thus, in the case where the installation comprises the two thermostatic adjustment devices, the air admitted to the mixture under thermostatic adjustment at point 14 "has already undergone a first mixture with additional air under thermostatic regulation.
The arrangement of FIG. 4 allows a stronger injection of water between the LP and <I> HP cylinders. </I> This result can also be obtained as shown in fig. 5, in which a reheater 26 is placed immediately after the LP cylinder <I> 4, </I> which makes it possible to inject into the saturator 27, which follows it, a greater quantity of water than in the saturator 9.
Thermostatic adjustment can also take place between the LP and <I> HP </I> cylinders as shown in fig. 6 and 7.
In fig. 6, a bypass 28 is in parallel with the heater 26 and the saturator 27, the valve 14, controlled by the temperature of the fluid at point 16 through the intermediary of the device 15, being provided at the junction point of the bypass 28 with the main duct 23. A saturator 29 is also interposed in the branch 28.
In fig. 7, it is only the heater 26 which is put in parallel with the bypass 30, and the temperature is regulated by means of the same thermostatic elements 14, 15 and 16.
In certain cases, especially when the temperature of the exhaust gases is very variable, the reheating of the air can be obtained in a thermal accumulator heated by the exhaust gases which makes it possible to reheat the air to a temperature. suitable even during periods of low exhaust temperature.
In the case of a locomotive, make-up fresh air instead of being drawn into the ambient atmosphere can come from the backflow of air from the locomotive radiators.
Instead of using the engine exhaust gases as heating fluid, it is possible to use all other sources of heat in said heating elements such as in particular burners.
Heating elements and saturators were discussed. Of course, it is possible to replace the juxtaposition of two such elements by a single element fulfilling the two functions envisaged. In such a heater-saturator, the mixing of water with air can take place by rain injection, or by bubbling.
In another variant, it is possible to replace a saturator operating a cooling of the air and an increase in the vapor content by two devices successively carrying out these two operations, namely a cooler and a water vapor injector, this vapor being produced for example by using the heat of the engine exhaust gases.
In each of the installations described and shown, an adjustment device is provided for each saturator which acts so that the humidification of the air passing through this saturator is proportional to the flow rate of this air.