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Procédés et appareils pour la génération de mélanges gazeux combustibles.
L;invention a trait aux procédés pour utiliser les constituants volatiles combustibles des combustibles à l'état liquide ,colloiidal ou solide ,et elle consiste en un nouveau procédé d'utilisation de ces combustibles.
Elle vise aussi un appareil gazogène perfectionné pour l'ap plication du nouveau procédé dont il vient d'être fait men- %ion.
D'après cette invention le nouveau procédé pour la génération d'un mélange explosif gazeux propre à être utilisé comme combustible dans un brûleur ,ou de fluide actif dans un moteur à combustion interne ou à ex- plosion,ou dans toute autre appareil thermique d'utilisa,...
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-tion, consiste en : CI')' comprimant fortement un fluide ga- zeux inerte de fagon à élever sa température au dessus de celle à laquelle sont vaporisés les constituants.volatiles les plus lourds du combustible que l'on a l'intention d'em ployer ; (2) injectant le dit combustible , à un haut degré de vaporisation , dans le dit fluide gazeux inerte fortemeit comprimé et échauffé ,formant de cette manière un mélan- ge gazeux non explosif ( puisqu'il ne contient pas d'oxygè- ne ) , l'injection prenant place autant que possible à la plus haute pression et température qu'il est possible d'ob- tenir ,et (3) ajoutant de l'air # ce mélange non-explosif en proportions appropriées pour former un mélange explosif.
Le combustible injecté à un haut degré de pulvéri- sation peut être un combustible liquide quelconque, for- tement atomisé , par exemple un hydrocarbone brut de haute densité, tel que le "fuel-oil". Il peut être un combusti- ble à l'état colloïdal ou un combustible solide finement pul vérisé. Les gaz inertes dans lesquels le combustible li- quide atomisé ou le combustible colloïdal ou solide ,fine- ment pulvérisé,est injecté ,peut convenablement consister en gaz de vidange d'un moteur à combustion interne ou à ex. plosion d'un type quelconque .
Dans une application particulière de l'invention à un appareil gazogène employant du fuel-oil", des gaz inertes , qui sont convenablement dérivés des gaz de vidan- ge d'un moteur ordinaire à combustion interne ou à explosion et qui sont donc déjà à une température relativement haute, sont amenés dans un compresseur et sont fortement comprimés avec une forte élévation de température , et ces gaz , for- tement chauffés et à haute pression , sont envoyés dans une chambre appelée Il chambre.de vaporisation -,dans laquelle le fuel-oil" est injecté dans un état fortement atomisé, au sein de ces gaz inertes fortement oomprimés et chauffés Par suite de la haute température de ces gaz.
, le fuel-oil"
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est immédiatement vaporisé, le résultat étant un mélange gazeux combustible à haute pression et à haute températu- re .Puisque l'oxygène n'est pas un constituant de ce mé- langea aucune combustion ne peut se produire à ce stage .
Le mélange gazeux ainsi obtenu est dans une condition émi- nement propre à céder pratiquement la totalité de son énergie calorifique lorsqu'il est mélangé avec une quanti- té d'air suffisante et brûlé ,par exemple dans un brûleur de construction appropriée ,dans les cylindres d'un moteur à combustion interne ou à explosion , ou dans tout autre appareil d'utilisation.
Si le mélange gazeux est destiné à être employé comme le fluide actif d'un moteur à combustion interne ou à explosion , il est conduit dans une chambre à mélange placée près de la chambre d'admission du moteur , où il est mélangé avec de l'air , qui peut être chauffé ou non, et qui peut être à la pression atmosphérique ou comprimé ,cet air étant en proportions appropriées pour la combustion to- tale du mélange gazeux , l'air ainsi admis dans la chambre à mélange étant préférablement à une température plus bas- se que celle du mélange gazeux combustible ,pour éviter la combustion prématurée de ce dernier . Le mélange d'air et de combustible gazeux est alors envoyé dansle cylindre du moteur et allumé de toute fagon appropriée connue..
Une portion des gaz de vidange du moteur est préférablement pré levée et renvoyée dans le compresseur ,pour y être de nou- veau comprimée et envoyée dans la chambre de vaporisation pour recevoir une injection de fuel-oil" finement atomisé et former avec lui une nouvelle quantité de mélange ga- ,zeux qui est envoyé dans le moteur , et ainsi de suite.
Le compresseur est construit de fagon à. obtenir un trés haut degré de compression , toutes les soupapes é- tant commandées positivement par des organes mécaniques ap- propriés. La totalité de la course d'aspiration du piston
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est employée pour l'admission des gaz une très faible portion du mouvement de la manivelle , près. du point mort au sommet de la course de compression du pistion,correspon- dant à la sortie des gaz comprimés se rendant à la chambre de vaporisation ,par une soupape de sortie à commande po- sitive.
Un tuyau de dérivation pour le mélange gazeux du combustible et des gaz inertes est aussi prévu , au moyen duquel le mélange gazeux peut être partiellement ou totale -ment mis en court-circuit avant son mélange avec l'air , et renvoyé dans le compresseur lorsque le moteur travaille à vide et nta pas besoin d'une quantité normale de mélan- ge gazeux combustible , ou bien au départ , ou, danle cas d'un brûleur , par exemple , lorsqu'il ne fonctionne pas .
Le combustible liquide peut aussi être injecté directement dans le cylindre du compresseur, un stage quelconque de la course de compression du piston , le cy- lindre du compresseur agissant alors comme chambre de vapo -risation Le combustible peut aussi être injecté dans la -tuyauterie conduisant les gaz inertes comprimés du oompres-- seur à la chambre à mélange, soit dans la direction du courant abit contre cette direction , la dite tuyauterie agissant alors comme chambre de vaporisation.
Un jet de vapeur ou d'eau finement pulvérisée peut être introduit en proportions appropriées dans le mé- lange gazeux , soit avant de le mélanger avec l'air , soit après , soit pondant ce mélange , et soit avant ou après que le mélange a été introduit dans les cylindres du moteur.
L'invention a aussi trait à une disposition d'ap- pareil gazogène comprenant un compresseur , préférablement à mouvement alternatif , une tuyauterie pour conduire à ce compresseur des gaz inertes provenant d'une source appro- priée,telle que les gaz de vidange d'un moteur à combustion
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interne ou à explosion ,des organes appropriés pour injec- ter un combustible liquide fortement atomisé ou un aombusti.- ble colloïdal ou solide finement pulvérisé , au sein des gaz inertes fortement comprimés et chauffés , avec ou sans chambre de vaporisation ,
qui peut être munie d'organes de chauffage par exemple d'un organe de chauffage électrique une dérivation pour le mélange gazeux et des organes facul- tatifs pour injecter dans ce mélange de la vapeur ou de l'eau finement pulvérisée, ce gazogène comprenant dans son opération la méthode de formation d'un mélange combustible gazeux par le procédé selon l'invention.
Le compresseur peut être actionné indépendamment du moteur par un moteur électrique ou autre , Pour le démar- rage , un gaz inerte , tel que l'azote ,peut être employé d'une source quelconque , par exemple d'un réservoir où ce gaz serait emmagasiné sous pression .
De préférence , le compresseur sera actionné par un moteur à combustion interne ou à explosion qu'il pourvoira da mélange combustible gazeux, auquel cas la chambre de mélange est préférablement montée sur la chambre d'admission des gaz ou collecteur du moteur et est combinée avec un carburateur, ordinaire , fonctionnant avec un mélange combustible ordinaire , et capable d'être mis en communication avec la chambre d'admission du moteur, de manière à permettre ce dernier de marcher à la manière usuelle avec de l'essence atomisée par un courant d'air , au moyen de ce carburateur, avant que les gaz inertes néces- saires pour faire marcher le moteur selon le procédé de l'in- vention puissent été obtenus des produits gazeux sortant des cylindres ,
l'arrivée du mélange d'air et d'essence étant interrompue et remplacée par celle du mélange air-gaz inertes
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oombust-ible aussitôt que le moteur produit les gaz, néoeeaai. res â sa formation.
Lorsque l'on emploie un combustible solide fine- ment pulvérisé, les constituants volatiles duquel distilent
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quand le combustible pulvérisé est injecté dans les gaz i- nertes à haute pression et température , les matières réai -duelles solides (cendres,etc) en suspension dans les gaz sont extraites ,préférablement avant que le mélange combus- tible eqt mélangé d'air , en faisant passer ce mélange dans un séparateur de type connu, préférablement un séparateur centrifuge, au moyen duquel les constituants solides sont séparés , laissant un mélange riche en constituants combus- tiblesgazeux prêtsà être brûlésdans tout appareil d'uti- lisation pour lequel ce mélange peut être requis .
Le aombus -tible solide finement pulvérisé sera de préférence intro- duit dans les gaz inertes sous haute pression à l'extérieur' du compresseur.
Une disposition convenable de chambre à mélange consiste en un pointeau admettant le combustible gazeux à un jet placé à la bouche d'un venturi ,ce dernier aspirant de l'air à la manière ordinaire ,le mélange d'air et de combustible gazeux continuant par une soupape .
clapet et tra versant une toile métallique ,vers le papillon et la chambre d'admission d'un moteur, par exemple .Des moyens sont pré- vus pour empêcher automatiquement tout retour de flamme , soit par un dispositif au moyen duquel la soupape à clapet presse le pointeau contre son siège lorsque le clapet est lui même pressé contre son siège ,,'ou bien en montant le pointeau sur un piston en communication avec la chambre d'ad- mission des gaz combustibles du moteur ,de telle fagon que une augmentation de pression dans cette chambre force le piston à fermer le pointeau tant que cet excès de pression dure..
Dans un autre dispositif de chambre à mélange, pro- pre à effectuer très efficacement le mélange de combustible gazeux et d'air dans des proportions appropriées ,selon les besoins ,le mélange combustible gazeux qui a été produit dans une chambre de vaporisation appropriée ,s'en échappe
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par un tuyau qui le conduit soit à une chambre d'emmaga- sinage soit directement à un carburateur disposé près de la chambre d'admission des gaz combustibles du mo- teur , au moyen d'une soupape d'admission agissant oontre un ressort dont la forme peut être réglée , préférable- ment , de fagon que la soupape ferme le passage de la chambre de vaporisation au carburateur lorsque le compres- seur n'est pas en action,
sous la pression de son ressort et lui permette de s'ouvrir de nouveau aussitôt que la pression monte dans la chambre de vaporisation.
Les gaz sortait de la chambre de vaporisation et passant de l'autre coté de la soupape ,et delà. , par le tuyau, au carburateur ,sont admis à ce dernier par un pointeau au delâ duquel se trouve le carburateur proprement dit ,qui consiste en un venturi monté de la manière habituelle lorsqu'il est combiné avec un carbura- teur à pétrole Adjacent à ce venturi et préférablement coulé d'une pièce avec lui est une chambre cylindrique communiquant par un conduit avec la partie du conduit d'air qui se trouve entre le papillon et le ve nturi , de sorte que la dépression dans le conduit d'air s'exerce dans cette chambre cylindrique , appelée ci-après la cham- bre de dépression".
Dans cette chambre est montéeune soupape à piston arrangée de, façon à s'ouvrir sous l'ac- tion de la dépression dans la chambre , contre l'action d'un ressort .
Lorsque l'appareil ne fonctionne pas , c'est à dire lorsque le moteur ne marche pas ou lorsque le papil- lon est fermé ,la pression du ressort contre la soupape à pistion est suffisante pour fermer le passage aux gaz venant de la chambre de vaporisation ,mais , dès que le papil- lon est ouvert .lorsque le moteur marche ,la pression né- -gative sur le piston annule en partie la force du ressort, permettant à la soupape de se soulever et de permettre aux
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gaz d'entrer dans l'espace sous le piston et delà ,dans un passage annulaire disposé autour du venturi ,et communi quant avec la gorge de ce dernier par des ouvertures pré- vues dans celle-ci.
Comme la pression diminue dans le con- duit d'air par suite du fait que le moteur gagne de la vi- tesse , la soupape à piston se soulevé d'avantage et aug- mente l'espace annulaire à traverq lequel les gaz sont ad- mis dans l'espace sous le piston et delà dans le passage annulaire autour du venturi ,de sorte que , plus le moteur aspire d'air, plus la quantité de gaz combustible admise à se mélanger avec cet air est grande , proportionnellement
Un réservoir peut être inséré entre cet arrange- ment mélangeur et la soupape d'échappement de la chambre de vaporisation ,pour accumuler les gaz ,Ce réservoir peut être monté sur le compresseur ou bien être indépendant.
Le dispositif de soupape d'échappement et de sou- pape de chambre à mélange qui vient d'être décrit peut ê- tre placé dans toute position désirée ; il peut par exemple être renversé.
Les dessins annexés montrent à titre d'exemples la construction de plusieurs dispositifs gazogènes et de leur combinaison avec un moteur. à combustion interne ou à explosion ,muni d'un dispositif mélangeur selon l'inven- tion.
La figure I est une élection de face et une sec- tion partielle dtun gazogène et du moteur combiné avec lui:
La figure 2 est une élévation latérale du gazogène et du moteur représenté sur la figure 1 ,montrant la cham- bre de vaporisation en section longitudinale{
La figure 3 est une élévation de face d'un su- tre dispositif semblable ;
La figure 4 est une section d'un autre disposi- tif au même genre avec une chambre de mélange;
La figure 5 est une section d'une autre cons-
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-truction de chambre à mélange
Dans les figures I et 2 , un compresseur ? est actionné par le moteur.1 . les gaz chauds de vidange du moteur s'échappant en.52. Une partie de ces gaz est condui- te au compresseur par le tuyau et ils y sont fortement compressés .CI Du compresseur , ces gaz. passent dans la cham- bre de vaporisation 5a qui est entourée d'un passage annu- laire 5b dans lequel passent les gaz chauds sortant des cy- lindres , et où ces gaz donnent une partie de leur chaleur aux murs de la chambre de vaporisation .
Le combustible li- quide , du *' fuel oil", par exemple , est formé par la pompe travers l'injecteur 4' par lequel il est injec- té dans la chambre de vaporisation dans un état d'atoma- nisation très élevé . Le mélange de gaz inertes et de com -bustible vaporisé s'échappe par la soupape d'échappe- ment 1 et ces gaz.sont conduits par une tuyauterie 2 dans le passage annulaire ± entourant le venturi 10, dans la gorge duquel ils pénètrent par les ouvertures.2 et se mélan- gent avec l'air entrant à. travers le filtre à. air 12.
Le mélange combustible gazeux entre alors par le papillon dans la chambre dtadmission des gaz. aux cylindres du mo- teur .Le passage par lequel entre le mélange gazeux peut être fermé au moyen d'un robinet d'échange 13 qui en même temps ouvre un autre passage par lequel un mélange combus- tible d'air et de pétrole atomisé formé par l'air entrant par le filtre 12a et passant par un carburateur ordinaire, par le papillon oU!- , est admis dans la chambre d'admis- sion du moteur, pour le démarrage .Les deux papillons et 11a sont reliés par une 'transmission Il de fagon à tre opérés simultanément avec le robinet de changement;
une. autre tige de transmission relie le papillon 11 au ro- binet de commande de l'arrivée du mélange gazeux , 15 ,de sorte que une opération simultanée des trois organes II,
IIa et 15 est obtenue par ce moyen.
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Un autre arrangement du même genre est représen- té dans la figure 3 , le combustible liquide atomisé étant injecté par la pompe ± et l'injecteur directement dans le cylindre ? du compresseur , dans lequel sont admis'par le tuyau 1 les gaz chauds sortant des cylindres l du mo- teur .Le mélange combustible passe alors dans la chambre de détente .5 où il se détend, , cette chambre 5 étant chauffée par les gaz chauds passant dans le passage annu- laire qui l'entoure , pour compenser la perte de chaleur subie par le mélange gazeux durant sa détente adiabatique
Ce mélange gazeux se rend alors ,par la tuyauterie 2 ,à un dispositif mélangeur ,combiné avec un dispositif de dé- marrage au pétrole comme celui décrit plus haut.
Le gazogène et le moteur combinés représenté dans la figure 4,sont caractérisés par un dispositif au moyen duquel le mélange combustible gazeux peut être formé soit dans le cylindre du compresseur , soit dans une chambre de vaporisation ,le combustible liquide ,éternisé étant injec- té à volonté dans le cylindre ou dans la chambre de vapon sation 5. Cette dernière dans la construction qui est représentée dans la figure,est coulée d'une pièce avec le cylindre .2 du compresseur , et est munie d'organes de chauf- fage électrique 54 .
Le mélange gazeux s'échappe de la chambre 5 par le passage 16 ,par la soupape à. ressort 17 et la tuyauterie 18 et. pénètre par la soupape 26 dans la cham- bre à mélange constituée par la chambre cylindrique 19, coulée d'une pièce avec le conduit d'air 2Q ,avec lequel elle communique par le conduit ±,s'ouvrant dans le conduit d'air entre le papillon 22 et le venturi Dans la cham- bre de dépression 19 est monté le piston 24, capable de se déplacer sous l'action de la dépression existant dans cette chambre , contre la pression exercée par le ressort et , ce faisant ,d'ouvrir la soupape 26 pour le passage du mélange combustible gazeux qui passe par le cône de con-
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-trôle 27 dans l'espace 28 sous le piston ,
d'où. il pénè tre dans le passage annulaire 29 et de là,dans lven. turi par les ouvertures 30 distribuées autour de la gor- ge de ce dernier . La force exercée par le ressort; 25 sur le piston 24 peut être ajustée au moyen de la vis 14.
Une forme alternative de dispositif mélangeur est représentée dans la figure 5 Un pointeau I admet le mélange gazeux au jet 2 placé à l'ouverture du venturi 3, ce venturi aspirant l'air qui entre par le conduit d'air . Le mélange chemine alors par la soupape à à tra- vers la toile métallique 6 et par le papillon 2 à la cham- bre d'admission du moteur± , S'il se produit un retour de flamme ,l'élévation de la pression dans la chambre d'admission 8 se transmet ,par une dérivation qui n'est pas visible dans la figure, à une chambre contenant un piston qui agit sur le levier ± , portant le pointeau .1 et presse ce dernier sur son siège ,
tandis qu'une tige 12 presse en même temps la soupape .5 contre son siège , jusqu'à ce que l'excès de pression cesse de se faire sentir.
Un dispositif de soupapes tel qu'il a été dé- crit et représenté dans les figures 4. et 5 , permet aux gaz d'être admis à la chambre dans laquelle se forme le mé- lange avec l'air d'une façon continue ,quoique la pression dans la chambre de vaporisation puisse varier dans des li- mitas.relativement considérables ; il permet de faire le mélange avec l'air de manière à former un mélange gazeux riche en constituants combustibles et en proportion exactes pour différents régimes du moteur ou pour toute application pour laquelle un mélange ordinaire d'air et de pétrole vapo- rise peut être employé ou pour lequel un mélange combusti- ble gazeux obtenu par le procédé selon l'invention peut tre requise