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" Procédé pour la production et le réglage de gaz sous pression au moyen de réactions chimiques ".
M'invention orée une installation complète, légère et facilement transportable, qui permet d'utiliser le gaz sous pression dégagé par des réactions chimiques avec un effet utile élevé pour la commande directe de machines et appareils, c est-à-dire sans l'intermédiaire d'un moteur, et cela d'une manière telle que la production de l'énergie sous pression et par suite la réalisation de la réaction chimique se produisent suivant un diagramme temps-pression donné, qui reste dans les
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limites de tolérance du diagramme dténergie favorable pour un type d'appareil donné.
par suite et en raison du fait qu'on utilise pour l'entraînement des machines et appareils des vitesses qui sont plusieurs fois plus faibles que les -vitesses habituelles pour les armes à feu on les explosions, il se trouve qu'il ne peut pas être question, pour la présente invention, d'utiliser des réactions chimiques explosives ou des matières qui peuvent donner lieu à une explosion.
Conformément à l'invention, des substances ohimiques qui sont susceptibles de donner des réactions avec production de pression gazeuse d'une manière non explosive, sont pressées sous formes compactes, c'est-à-dire dans des formes de dimensions telles quiil puisse s'y produire une propagation de la réaction dans les trois dimensions.
Les vitesses de dégagement des gaz par ces corps sont réglées ou déterminées de telle manière, en partie ou en totalité, qu'après amorçage de la réaction en un point déterminé et avec une intensité déterminée, cette réaction progresse dans un sens et avec une vitesse tels, et par suite dégage le gaz sous pression d'une manière réglée de telle faon qu'on obtienne un diagramme temps-pression bien défini, qui correspond, dans ses parties principales, au diagramme temps-pression qui donne un rendement favorable, pour le type d'appareil en question, suivant ses caractéristiques mécaniques, c'est-à-dire indépendamment de la nature de la source d'énergie proprement dite.
L'invention a encore pour objet de renfermer ces matiè- res à réaction chimique non explosives dans des réservoirs, et de les réunir à ceux-ci sous la forme d'un ensemble approprié pour le commerce, excluant toutes perturbations d'origine externe pour le diagramme temps-pression désiré, facilitant le transport et la conservation de la source d'énergie, et per-
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mettant aussi son utilisation sans erreur, même par des profanas.
Cela nécessite une réalisation toute particulière du réservoir, ainsi que des dispositifs qutil comporte pour 1' amorçage de la réaction, la sortie du gaz de la réaction vers l'appareil à commander, et enfin une disposition particulière des masses chimiques de réaction à l'intérieur du réservoir et par rapport aux dispositifs pour l'amorçage de la réaction, pour la sortie des gaz de la réaction, et pour l'échappement des résidus de la réaction.
Il ne suffit pas, pour obtenir un diagramme d'énergie déterminé pour un appareil fonctionnant en pratique, de régler au laboratoire, dans un appareil d'es- sai, diverses vitesses de réaction des matières dégageant le gaz sous pression. pour obtenir des résultats utilisables pratiquement, il faut plutôt avoir soin, par la réalisation du réservoir de charge, des parties nommées et de l'installation intérieure générale, que l'amorçage de la réaction chimique se produise d'une manière bien déterminée et toujours constante, pour'un même type d'appareil, que la sortie des gaz de la réaction ait lieu d'une manière bien déterminée et toujours constante pour le même type d'appareil, et en général de s'assurer que la réaction chimique, une fois amorcée, ne se propage pas dans la masse d'une manière quelconque,
mais de la manière décrite avec précision car, sans cela, le diagramme général temps-pression désiré pour l'appareil ne peut être obtenu en pratique, même avec une vitesse de réaction bien réglée des substances chimiques.
Il est par exemple évident que ce diagramme temps-pression doit varier pour des substances semblables chimiquement, lorsque l'amorçage de la réaction se produit avec une intensité différente, ou lorsque, dans un réservoir de réaction, des pressions internes de valeurs différentes, réagissant sur la vitesse de la réaction et sur la première dispersion de la
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réaction dans la masse,' se produisent, avant que le réservoir ne s'ouvre et laisse s'échapper les gaz dans l'appareil qu'ils doivent entraîner, ou lorsque la progression de la réaction dans la masse devient irrégulière parce qu'on nta pas prévu, d'une manière bien déterminée, l'élimination des résidus de la réaction, scories, etc....
Ces variations ne jouent aucun rôle dans les réservoirs connus de poudre de tir, du genre des cartouches, non seulement en raison de leur autre but d'utilisation, mais aussi parce que la réaction y est à peu près adiabatique, et s'ef- fectue instantanément sur la masse totale de le réaction d'un seul coup.
Les réactions non explosives, envisagées selon l'invention pour la production de gaz sous pression, sont par exemple les réactions humides, comme la décomposition des carbonates par des acides. Lorsque l'on produit, par exemple, des cy- lindras comprimés formés d'un carbonate, du mélange d'un carbonate et d'an bicarbonate, et d'un mélange d'un carbonate avec une quantité, insuffisante pour la neutralisation du carbonate, d'un acide solide, comme par exemple, l'acide oxalique, et qu'on les introduit dans un ordre déterminé dans une enveloppe en forme de cartouche munie d'une fermeture qui peut être ectionnée à volonté de ltextérieur, et qu'on laisse alors agir sur la section de ce cylindre comprimé une quantité suffisante d'un acide, par exemple l'acide sulfurique étendu,
on obtient un dégagement de gaz carbonique, qui sera le plus faible dans la neutralisation du carbonate, plus important pour celle du bicarbonate, et plus important encore pour la quantité déjà partiellement décomposée par l'acide solide finement pulvérisé, et de plus, sera encore influencé, par exemple, par les cloisons de séparation discontinues mentionnées plus loin,. ou par la forme.
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Afin de décrire l'invention dans ses détails, on prendra comme exemples des matières dégageant un gaz, qui 'brûlent hors de contact de l'oxygène de l'air, avec impossibilité d' explosion. Les principes fondamentaux décrits avec ces e@em- ples, peuvent /être appliqués à d'autres réaction@ chimiques, avec des modifications correspondantes.
On connaît un mode de réglage particulier des réastions dans ces masses combustibles non explosives produisant un gaz sous. pression, mais seulement en vue d'éviter que leu misses explosives à l'origine ne puissent retrouver leur capacité d' explosion pendant la réaction ( par exemple en raison d'une pression exagérée et imprévisible, due à un engorgement des appareils ).
Cependant, on ne connaît pas encore de réservoirs qui contiennent des masses non explosives dégageant un gaz sous pression, et dans lesquels on règle la vitesse de la production du gaz et on détermine la disposition générale de la masse en réaotion et du réservoir ainsi que de ses parties qui coopèrent au réglage, de telle manière qu'on obtienne un diagramme temps-pression déterminé qui corresponde à un diagramme favorable de l'utilisation de l'énergie dans le système mécanique entraîné.
on peut obtenir un réglage très poussé des vitesses de réaction des masses combustibles, non explosives, produisant un gaz sous pression si, après avoir déjà supprimé la possi- bilité d'explosion par le moyen approprié, on fait varier la concentration des divers éléments, qui agissent sur la vitesse de la réaction, par exemple en ajoutant à la masse un oxalate ou un carbonate décomposable, qui sont inertes au point de vue de la combustion, et qui retirent par leur dissociati- on de l'énergie interne au système, tout en augmentant le rendement total en gaz.
De plus, on peut encore accélérer ou retarder la vitesse de la réaction au moyen de catalyseurs d'
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accélération ou de ralentissement, en totalité ou en partie, par exemple en ajoutant aux substances combustibles un petit pourcentage d'un nitrate. une variation du degré de aompres- sion utilisé pour la production de corps de forme déterminée avec ces masses, entraine également une variation de la vitesse de réaction. Une autre possibilité de réglage de la vitesse de production de gaz consiste à utiliser une masse de réaction aomposée de portions dans lesquelles on utilise comme métiers première pour le réglage des substances ayant des vitesses de réaction différentes.
On pourrait par exemple, pour supprimer la possibilité d'explosion et pour le réglage qai en découle, partir une fois d'une poudre noire à combustion relativement rapide et, une autre fois d'une poudre de subetitution à combustion plus lente, du type de la poudre "haloclsstique". De plus, on peut encore agir sur la vitesse de production du gaz sous pression de ces masses en modifiant leur composition chi-nique ou leur forme extérieure.
Si l'on constitue par exemple une masse de réaction complète en plusieurs portions comprimées, dont lrune contient comme matière agissant sur la vitesse de réaction un oxalate décomposable, l'autre un @@rbonate décomposable et la troisième un mélange d'oxalate et de carbonate, lloxalate produit deux molécules de gaz, le carbonate en produit une et le mélange des deux en produit une quantité intermédiaire, ce qui détermine la forme du diagramme de pression du gaz. on a représenté, au dessin, des moyens mécaniques pour agir sur la vitesse de production du gaz, soit en donnant une certaine forme à la masse, soit en disposant entre des portions différentes de la masse des cloisons avec des orifices de passage de position et dimensions déterminées.
Si l'on prévoit sur le réservoir ou une de ses parties ou sur la masse de réaction elle-même des dispositions pour
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une accumulation plus élevée ou pour une dérivation ou évacuation de la chaleur de réaction, cette réaction se produit dans la zone considérée dans des conditions de température différentes et par suite avec une vitesse augmentée ou réduite. pour l'accumulation de la chaleur, on peut par exemple utiliser une enveloppe isolante en amiante, tandis qu'une élimination de chaleur plus importante peut par exemple être réalisée par un enveloppement au moyen d'un fluide ou d'une matière ayant une forte teneur en eau et en cristaux comme l'alun. on a représenté schématiquement au dessin annexé divers exemples de réalisations de l'invention;
La. figure 1 représente une masse de section droite variable ; La figure 2 représente le diagramme de pression obtenu avec cette masse ;
La figure 3 représente en coupe une masse comportant des portions disposées l'une dans l'autre.
La figure 4 représente une partie du réservoir avec la masse et des cloisons de séparation perforées.
La figure 5 représente une partie du réservoir, la masse comportant des cavités intérieures de dimensions différentes ;
La figure 6 est une vue en coupe d'un réservoir de charge avec la masse et une chambre entre la masse et le réservoir ;
Les figures 7 à 10 représentent en coupe des formes de réalisation particulières de l'ensemble du dispositif; et
La figure 11 est une coupe longitudinale d'une partie du réservoir rempli partiellement de masses pressées en forme de billes.
La figure 1 représente la construction de la masse de réaction au moyen de portions successives a, a1, a2, a3 et a4,
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dont certaines sont les unes cylindriques, tandis que les autres sont coniques; ces portions peuvent, de plus, présenter des vitesses de réaction différentes. Si la masse est enfermée dans un réservoir de forme correspondante, qui oblige la réaction à se propager axialement à travers la masse, la production de gaz en fonction du temps s'effectue selon la figure 2, de sorte que le choix de la conicité des différentes portions de la masse constitue un mode de réglage particulièrement simple et précis aussi bien pour le ralentissement que pour 1' accélération de la vitesse de réaction.
La figure 3 représente la masse de réaction al, dispo- sée dans la masse de réaction a2 et l'isolement u qui les sépare. La réaction progresse par exemple dans le sens des fléches à travers la masse de réaction. Il est bien évident que des portions ainsi disposées à l'intérieur liane de lTautre peuvent avoir aussi des sections égales et des vitesses de réaction égales ou différentes. Le nombre des variantes et par suite des possibilités de réglage est extraordinairement grand.
La figure 4 représente une partie d'une masse de réaa - tion plus grande, dans laquelle a représente les diverses portiona comprimées de la masse de réaction ayant des vitesses de réaction égales ou différentes, b représente le réservoir ou enveloppe, les cloisons de séparation, par exemple en carton d'amiante, d sont des trous de positions et de dimensions différente, qui sont ménagés dans les cloisons et à travers lesquels la réaction se transmet à un moment bien déterminé et avec une intensité bien déterminée.
La figure 5 représente une partie d'une plus grande masse de réaction dans laquelle les diverses portions a,al,a2,a3 a4 sont munies de cavités de diamètres différents, on forme ainsi,à l'intérieur,des chambres creuses bien définies 1 dont la surface qui les limite ainsi que la surface sur laquelle se
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produit la réaction déterminent la progression de cette réaction à travers la masse. En même temps, ces cavités permettant le dépôt des résidus de la réaction et des scories, empêchent des accumulations gênant la réaction et assurent 1' écoulement des gaz de la réaction.
De telles chambres creuses, qui peuvent également être utilisées pour l'amorçage de la réaction, peuvent également étre disposées latéralement ou à l'extérieur de la -nasse de réaction. A la figure 6, a désigne la masse de réaction, b la paroi du récipient, ou réservoir, o une cloison intérieure qui limite la masse de réaction et ménage une chambre h. Cette cloison peut être munie d'ouvertures d fermées par une matière fragile comme du papier par exemple, et les gaz de la réaction peuvent passer après rupture de cette fermeture dans la chambre et de là hors du réservoir.
Les chambres creuses peuvent encore servir à d'autres buts. par exemple, en particulier lorsqu'elles sont petites, elles peuvent être remplies d'une matière , réaction rapide, différente de la masse principale, comme par exemple une poudre noire non brisante qui a pour but de remplir rapidement les espaces morts dans l'appareil entraîné, tandis que sa quantité n'est pas suffisante pour entraîner dans une réaction trop puissante la masse de réaction proprement dite qui peut d'ailleurs être protégée par un certain écartement, ou par 'un papier huilé mince protecteur. L'énergie réglée proprement dite est fournie par la masse de réaction principale pour laquelle les chambres creuses prévues sont alors rendues libres.
Les chambres creuses peuvent aussi servir à l'amorçage de la réaction, par exemple pour l'allumage de la masse de réaction. Les cavités ou chambres définies à l'extérieur de la masse de réaction servent encore à ménager pour la flamme
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de la réaction un espace de développement déterminé et à accumuler dans le réservoir ou enveloppe une réserve de gaz déterminée, avant que ce récipient ne s'ouvre et laisse stéohapper les gaz de la réaction dans l'appareil à entraîner. on obtient ainsi un accroissement de la sécurité et de la souplesse du fonctionnement.
Dans la pratique, les chambres disposées à ltextérieur de la masse de réaction sont avantageusement établies avec précision par des plaques de séparation m (figure 7) en matière perforée ou fragile, comme le papier par exemple et par des pièces d'écartement 1 qui fixent la distance aux parois du réservoir ou aux orifices de sortie pour les gaz de la réaotion. Ces plaques m maintiennent le fonati- ornement du dispositif d'allumage de la masse de réaction, jusqu'é ce que cette réaction soit suffisamment avancée pour pouvoir se m@intenir d'elle-même. Les éléments d'écartement 1 sont formés en général de lames de tôle.
L'intensité ( température, pression etc...) avec laquelle est @morcée la réaction ainsi que les dimensions et la position des portions où commence la réaction ont une grande importance pour le développement de cette réaction et la possibilité de reproduction de son diagramme. par suite, le point de départ de la réaction doit être choisi de telle manière qu'il détermine d'une manière sre la trajectoire et la progression de la réaction dans la masse de la manière prévue. cet effet, on choisira avantageusement un plutôt que plusieurs points d'amorçage et on s'arrangera de préférenoe pour que la masse de réaction rencontrela flamme d'allumage, de préférence perpendiculairement que tangentiellement.
L'allu- -Mage le plus sûr et le diagramme le mieux défini sont obtenus lorsque la réaction de combustion commence à un bord.
L'échappement des gaz de la réaction hors du réservoir doit également 'être soumis à un réglage qui peut être déter-
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miné facilement pour chaque cas particulier, par quelques es- sais. C'est de la valeur de la pression interne qui est né- oessaire pour ouvrir le réservoir, par exemple pour déchirer une.feuille ou pour ouvrir une obturation soumise à Inaction d'un ressort, et du volume disponible pour les gaz à l'inté- rieur du réservoir de charge, que dépend le point de la ré- action pour lequel se produit la première expansion du gaz dans l'appareil à entraîner.
L'obturation doit être choisie au moins assez forte pour ne s'ouvrir que lorsque la réaction a déjà atteint une puissance telle qu'elle ne peut plus être arrêtée par la détente due à couverture de l'obturation. D' autre part, la résistance de cette obturation ne détermine pas seulement le début du diagramme de travail dans lTappa- reil entraîné, mais elle agit encore sur le diagramme de la réaction interne dans le réservoir, par*suite de l'effet de la pression sur la vitesse de la réaction au cours du dévelop- pement de celle-ci. Une obturation ou ' d'une manière générale un écoulement plus ou moins facile des gaz de la réaction hors du réservoir peuvent agir de la même manière.
Les orifices de sortie du réservoir conduisant à l'ap- pareil à entraîner sont avantageusement réalisés, pour des raisons aérodynamiques, dans le sens de la résistance mini- mum à l'écoulement. par rapport à la commande d'appareils au moyen de gaz comprimés dans des bouteilles en aoier, l'invention permet d'éviter l'utilisation des bouteilles d'acier lourdes et dan- gereuses aveo leurs fermetures difficiles à ouvrir et d'étan- ohéité difficile à maintenir et aussi d'éviter les pertes progressives en raison de fuites inévitables, car la réaction ne se produit quau moment de l'utilisation.
Comme on amène à l'appareil à entraîner l'énergie nécessaire obtenue par la réaction chimique sous la forme convenable, on obtient d'une
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part un fonctionnement optimum et Vautre part on évite les dispositifs mécaniques habituels pour le réglage de l'apport 3'énergie comme des dispositifs de transformation, de dosage et de réduction.
Deux exemples permettront de montrer rapidement l'im- portance de la production diane énergie de gaz sous pression correspondant à la forme désirée d'utilisation de lTénergie.
Lorsqu'un système sprinkler de grande taille doit être ridé au moyen d'un jet pratiquement constant, il est en général nécessaire dtatteindre rapidement la pression de fonctionnement nécessaire, de la maintenir un certain temps à une valeur constante .pais de la laisser décroître suivant la diminution du fluide à déplacer à mesure que l'appareil se vide.
Un tel diagramme temps-pression peut être facilement réalisé conformément à lTinvention par aotion sur la vitesse de réaction de la masse produisant la pression, tandis que jusqu'ici il n'y avait pas de possibilité de produire dtune manière réglée de grands volumes de gaz.
Si l'on considère maintenant par exemple un frein d'ur- gence selon le principe des freins à air comprimé, afin d'ar- rêter par exemple une cage de transport qui tombe à la suite de la rupture d'un câble, il faudra en général, suivant la construction du dispositif de retenue correspondant, un diagramme temps-pression dans lequel une ,quantité relativement faible de gaz doit être dégagée très rapidement pour remplir rapidement les espaces morts.
Ensuite, la pression doit croître lentement pour absorber relativement lentement l'énergie dirigée vers le bas, puis être maintenue constante sur une certaine hauteur, puis croître de nouveau afin de maintenir définitivement dans sa position la cage venue à l'arrêt. Grâce à 1=utilisation de réservoirs contenant des masses de réaction en particulier des masses combustibles non explosives ayant
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des vitesses de réaction et de dégagement de gaz réglables avec précision, il est très facile de produire une pression de gaz répondant aux conditions ci-dessus;
la construction mécanique est alors très économique, simple et sûre, grâce à la suppression des dispositif,: auxilliaires nécessaires jusqu'ici pour le réglage et Inadaptation de la pression du gaz.
4 la figure 7, on a représenté un réservoir conforme à l'invention avec sa charge, constituant un exemple d'une installation oomplète. a1 est une portion venant en réaction en premier et qui peut avoir dans cet exemple une vitesse de combustion notablement plus élevée que les autres portions de la masse de réaction, afin de remplir rapidement les espaces morts de l' appareil à entraîner et de commencer le travail effectif. a2 représente la masse de réaction suivante qui a une vitesse de réaction plus réduite et qui sert à produire dans l'appareil à entraver la pression de travail proprement dite.
Ensuite, se trouve la masse de réaction a, qui peut encore avoir une autre vitesse de dégagement de gaz, afin de s'adap- ter aux demandes d'énergie de l'appareil utilisé qui varient au cours de l'opération. Les masses de réaction a2 et a3 sont séparées l'une de l'autre par la cloison de séparation c avec l'orifice des passages d et, de plus, la cavité h dans la masse de réaction 23 peut être protégée par l'isolement c1. b représente le réservoir de réaction dans le fond duquel se trouve par exemple la petite fiche d'allumage f pour l'amorçage de la réaction, ce dispositif d'allumage étant disposé dans ztne cavité pour être protégé contre les effets extérieurs imprévisibles.
La. cavité h se rétrécit à sa partie supérieure et aontient par exemple des substances g facilement combustibles qui dégagent une faible pression de gaz et qui transmettent la flamme du dispositif d'allumage à la
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masse de réaction a1, et tout d'abord au bord bien défini et facilement inflammable du trou de cette masse.
m est une feuille de carton facile à perforer qui retient d'abord la combustion dans la masse a1 et qui sert de support pour la
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pièce d.Téa.rtement 1 qui peut être formée d'une lame de tôle et qui détermine la chambre extérieure h1 entre le réservoir et la masse de réaction, k1 est un exemple de réalisation d'
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un couvercle d'obturation avec un orifice en retrait, de façon qu'il soit protégé contre les atteintes de l'extérieur, cet orifice étant fermé par une feuille de plomb m soudée, de
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résistenae à la déchirure bien déterminée. Le couvercle lé- gèrement conique peut être rendu étanche aux gaz et aux li-
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quiies au moyen dTun peu de laque, Il peut être recouvert ai un tanis o pour la protection de l'orifice de sortie et pour 13 subdivision simultanée des gaz d1échappement.
Le couvercle kl, le t4nis 0 ainsi que les masses de réaotion al,a2'&3' lorsnulelles sont établies avec des dimensions convenables, ainsi que la pièce d'écartement 1 peuvent être maintenues en position par ane pression unique, la paroi b étant retournée vers l'intérieur.
La fignre 8 représente, à titre d'exemple, une partie
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itun riser-roir de réalisation analogue avec une paroi double dont l'espace intermédiaire est rempli d'une matière p absorhant la chaleur, par exemple de bicarbonate de soude, qui dégage de plus un gaz additionnel sous pression.
Dans cet exemple de réalisation, le dispositif d'allumage f est protégé par une plaque métallique k à orifices r qui le recouvre, et qui ne laisse passer qu tune tige de dé-
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olanohement de forme bien déterminée et exclut ainsi toute possibilité de fonctionnement imprévu. En général, les parties fragiles de l'orifice de sortie des gaz de la réaction
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et du dispositif pour 1< amorçage de la réaotion peuvent être
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protégées contre des détériorations ou des déclanchements im- prévus d'une manière simple par des organes de protection qui sont reliés solidement au réservoir pendant sa fabrication.
La figure 9 représente une autre forme de réalisation d'un réservoir composé de deux parties vissées l'une dans 1' autre b et b1 de type connu et rempli complètement d'une mas- se de réaction compacte. L'allumage est effectué par le dis- positif d'allumage par arrachement f, le gaz stéchappant d' abord par ce dernier, puis par l'orifice! muni d'une obtura- tion fusible. Dans cet exemple, l'amorçage de la réaction et la sortie du gaz se trouvent du même coté du réservoir.
Dans la disposition de la figure la, la masse de réac- tion a1 - a4 mise en fonctionnement par l'allumage électrique f ne comporte pas de cavités intérieures, mais on a prévu des cavités extérieures bien définies h .
Le guidage des gaz de la réaction s'effectue vers l'ori- fice de sortie o dans le sens des flèches, l'orifice de sortie ayant ici la forme d'une tuyère. De plus, on a représenté à cette figure comment un tel réservoir avec sa messe de réac- tion peut étre introduit dans l'appareil à actionner, s étant par exemple une garniture disposée sous un rebord de la car- touche ou réservoir et t étant une portée correspondunte dans l'appareil à entraîner.
Au lieu de former la masse de réaction par compression en élément complet de forme particulière, on peut aussi rem- plir avec cette masse subdivisée, en particulier sous or.ne de tablettes, billes etc.... soit un réservoir de forme appro- priée, soit un réservoir inférieur, et disposer cette masse en couches à l'intérieur du réservoir. La figure 11 représente à titre d'exemple une coupe longitudinale d'une partie du réser- voir qui est rempli en partie d'une masse compacte a1 et en partie de masses en forme de billes disposées par couches.
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masse a2 est formée dans cet exemple de plus grosses billes que la masse a et les diverses couches sont séparées les unes
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1,s autre* par des plaques isolantes intermédiaires e qui sont détruites pendant la progression de la réaction.
Comme les couches sont formées de billes de diamètre différents, les surfaces réactives et les espaces vides entre elles ont des dimensions variables.
Les parties de section droite différentes peuvent être disposées l'une dans l'autre au lieu de l'être 1'tune derrière l'autre, mais elles doivent le plus souvent être isolées entre Elles.
On peut également prévoir dans les réservoirs décrits des parties de résistance plus faible, par exemple en amin- cissant ou rendant plus fragile une partie de la paroi par rainurage ou meulage, de sorte que le réservoir doit se rom- pre en ce point lorsque la pression croît, dans le cas où. son obturation normale ne fonctionne pas pour une raison quel- conque.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Process for the production and control of gas under pressure by means of chemical reactions".
I invented a complete installation, light and easily transportable, which makes it possible to use the pressurized gas released by chemical reactions with a high useful effect for the direct control of machines and apparatus, that is to say without the intermediary of an engine, and this in such a way that the production of energy under pressure and consequently the realization of the chemical reaction occurs according to a given time-pressure diagram, which remains in the
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tolerance limits of the favorable energy diagram for a given type of device.
consequently, and due to the fact that speeds which are several times lower than the usual speeds for firearms or explosions are used for the training of machines and apparatus, it turns out that it cannot be a question, for the present invention, of using explosive chemical reactions or materials which can give rise to an explosion.
In accordance with the invention, ohimic substances which are capable of giving reactions with the production of gas pressure in a non-explosive manner, are pressed into compact forms, that is to say into shapes of such dimensions that it can s 'produce a propagation of the reaction in the three dimensions.
The rates of gas evolution by these bodies are regulated or determined in such a way, in part or in whole, that after initiation of the reaction at a determined point and with a determined intensity, this reaction progresses in one direction and with a speed such, and consequently releases the gas under pressure in a regulated manner such that a well-defined time-pressure diagram is obtained, which corresponds, in its main parts, to the time-pressure diagram which gives a favorable efficiency, for the type of device in question, according to its mechanical characteristics, that is to say regardless of the nature of the energy source itself.
Another object of the invention is to enclose these non-explosive chemical reaction materials in tanks, and to combine them therein in the form of an assembly suitable for trade, excluding any disturbances of external origin for the desired time-pressure diagram, facilitating the transport and conservation of the energy source, and permitting
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also putting its use without error, even by profanas.
This requires a very particular embodiment of the reservoir, as well as the devices which it comprises for initiating the reaction, the outlet of the reaction gas to the apparatus to be controlled, and finally a particular arrangement of the chemical reaction masses to the reaction. inside the tank and in relation to the devices for initiating the reaction, for the outlet of the reaction gases, and for the outlet of the reaction residues.
It is not sufficient, in order to obtain a determined energy diagram for an apparatus operating in practice, to regulate in the laboratory, in a test apparatus, various reaction rates of the materials which give off the gas under pressure. in order to obtain practically usable results, care must rather be taken, by the realization of the charge tank, of the named parts and of the general interior installation, that the initiation of the chemical reaction takes place in a well-defined manner and always constant, for the same type of apparatus, that the exit of the reaction gases takes place in a well-defined and always constant manner for the same type of apparatus, and in general to ensure that the chemical reaction, once initiated, does not spread through the mass in any way,
but in the manner precisely described because without it the general time-pressure diagram desired for the apparatus cannot be obtained in practice, even with a well-controlled reaction rate of the chemicals.
For example, it is obvious that this time-pressure diagram must vary for chemically similar substances, when the initiation of the reaction occurs with a different intensity, or when, in a reaction tank, internal pressures of different values reacting. on the reaction rate and on the first dispersion of the
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reaction in the mass, 'occur, before the reservoir opens and allows the gases to escape into the apparatus which they are to entrain, or when the progress of the reaction in the mass becomes irregular because one has not provided for, in a well-defined way, the elimination of reaction residues, slag, etc.
These variations play no part in known reservoirs of shooting powder of the cartridge type, not only because of their other purpose of use, but also because the reaction therein is roughly adiabatic, and eff- instantaneously on the total mass of the reaction at once.
The non-explosive reactions envisaged according to the invention for the production of gas under pressure are, for example, wet reactions, such as the decomposition of carbonates by acids. When producing, for example, compressed cy- lindras formed of a carbonate, the mixture of a carbonate and a bicarbonate, and a mixture of a carbonate with an amount insufficient for the neutralization of the carbonate. carbonate, of a solid acid, such as, for example, oxalic acid, and that they are introduced in a determined order into a cartridge-shaped envelope provided with a closure which can be removed at will from the outside, and that 'a sufficient quantity of an acid, for example extended sulfuric acid, is then allowed to act on the section of this compressed cylinder,
we obtain a release of carbon dioxide, which will be the lowest in the neutralization of carbonate, more important for that of bicarbonate, and more important still for the quantity already partially decomposed by the finely pulverized solid acid, and moreover, will be still influenced, for example, by the discontinuous partition walls mentioned below. or by form.
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In order to describe the invention in detail, examples will be taken of gas-forming materials which burn out of contact with oxygen in the air, with the impossibility of explosion. The basic principles described with these em- ples can be applied to other chemical reactions, with corresponding modifications.
A particular method of adjusting the rebellions in these non-explosive fuel masses producing a gas is known. pressure, but only in order to prevent their original explosive misses from being able to recover their explosive capacity during the reaction (for example due to excessive and unpredictable pressure, due to clogging of the devices).
However, no tanks are yet known which contain non-explosive masses giving off a pressurized gas, and in which the speed of gas production is regulated and the general arrangement of the reacting mass and of the tank as well as of the gas is determined. its parts which cooperate in the adjustment, so that a determined time-pressure diagram is obtained which corresponds to a favorable diagram of the use of energy in the driven mechanical system.
a very fine adjustment of the reaction rates of non-explosive combustible masses, producing a gas under pressure, can be obtained if, after having already eliminated the possibility of explosion by the appropriate means, the concentration of the various elements is varied, which act on the speed of the reaction, for example by adding to the mass a decomposable oxalate or carbonate, which are inert from the point of view of combustion, and which withdraw by their dissociation energy internal to the system, while increasing the total gas yield.
In addition, the rate of the reaction can be further accelerated or retarded by means of catalysts.
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accelerating or slowing down, in whole or in part, for example by adding to combustible substances a small percentage of a nitrate. a variation in the degree of aompression used for the production of shaped bodies with these masses also causes a variation in the reaction rate. Another possibility of controlling the rate of gas production is to use a reaction mass composed of portions in which substances having different reaction rates are used as raw looms for the control.
One could, for example, to eliminate the possibility of explosion and for the resulting qai adjustment, start once with a relatively fast-burning black powder and, again, with a slower-burning substitution powder, of the type "haloclsstic" powder. In addition, it is still possible to act on the speed of production of the pressurized gas of these masses by modifying their chemical composition or their external form.
If, for example, a complete reaction mass is formed into several compressed portions, one of which contains a decomposable oxalate as material which affects the reaction rate, the other a decomposable carbonate and the third a mixture of oxalate and oxalate. carbonate, oxalate produces two gas molecules, carbonate produces one, and the mixture of the two produces an intermediate amount, which determines the shape of the gas pressure diagram. there is shown, in the drawing, mechanical means for acting on the speed of gas production, either by giving a certain shape to the mass, or by arranging between different portions of the mass of partitions with position passage orifices and determined dimensions.
If provision is made on the tank or one of its parts or on the reaction mass itself for
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a higher accumulation or for a derivation or removal of the heat of reaction, this reaction takes place in the zone considered under different temperature conditions and consequently with an increased or reduced rate. for the accumulation of heat, for example, an asbestos insulating jacket can be used, while a greater heat removal can for example be achieved by enveloping by means of a fluid or a material having a strong water content and crystals like alum. various examples of embodiments of the invention have been shown schematically in the accompanying drawing;
Figure 1 shows a mass of variable cross section; FIG. 2 represents the pressure diagram obtained with this mass;
FIG. 3 shows in section a mass comprising portions arranged one inside the other.
Figure 4 shows part of the tank with the mass and perforated partitions.
FIG. 5 shows part of the reservoir, the mass comprising interior cavities of different dimensions;
Figure 6 is a sectional view of a charge tank with the mass and a chamber between the mass and the tank;
FIGS. 7 to 10 represent in section particular embodiments of the assembly of the device; and
FIG. 11 is a longitudinal section of a part of the reservoir partially filled with pressed masses in the form of balls.
Figure 1 shows the construction of the reaction mass by means of successive portions a, a1, a2, a3 and a4,
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some of which are cylindrical, while others are conical; these portions may, moreover, exhibit different reaction rates. If the mass is enclosed in a reservoir of corresponding shape, which forces the reaction to propagate axially through the mass, the production of gas as a function of time takes place according to Figure 2, so that the choice of the taper of the different portions of the mass constitutes a particularly simple and precise mode of adjustment both for the slowing down and for the acceleration of the reaction rate.
FIG. 3 shows the reaction mass a1, arranged in the reaction mass a2 and the isolation u between them. The reaction progresses for example in the direction of the arrows through the reaction mass. It is obvious that the portions thus arranged within the line of the other can also have equal sections and equal or different reaction rates. The number of variants and therefore the adjustment possibilities is extraordinarily large.
Figure 4 shows part of a larger reaction mass, in which a represents the various compressed portionsa of the reaction mass having equal or different reaction rates, b represents the tank or shell, the partition walls , for example in asbestos cardboard, d are holes of different positions and dimensions, which are made in the partitions and through which the reaction is transmitted at a well-determined moment and with a well-determined intensity.
FIG. 5 represents a part of a larger reaction mass in which the various portions a, al, a2, a3 a4 are provided with cavities of different diameters, thus forming, inside, well-defined hollow chambers 1 including the surface which limits them as well as the surface on which
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produced by the reaction determine the progress of this reaction through the mass. At the same time, these cavities, allowing the deposition of reaction residues and slag, prevent accumulations hindering the reaction and ensure the flow of reaction gases.
Such hollow chambers, which can also be used for the initiation of the reaction, can also be arranged laterally or outside the reaction vessel. In FIG. 6, a designates the reaction mass, b the wall of the container, or reservoir, o an internal partition which limits the reaction mass and provides a chamber h. This partition can be provided with openings d closed by a fragile material such as paper for example, and the reaction gases can pass after rupture of this closure into the chamber and from there out of the reservoir.
Hollow chambers can still be used for other purposes. for example, in particular when they are small, they can be filled with a material, rapid reaction, different from the main mass, such as for example a non-breaking black powder which aims to quickly fill the dead spaces in the entrained apparatus, while its quantity is not sufficient to cause too powerful a reaction the reaction mass proper which can moreover be protected by a certain distance, or by 'a thin protective oil paper. The regulated energy proper is supplied by the main reaction mass for which the planned hollow chambers are then made free.
The hollow chambers can also be used for initiating the reaction, for example for igniting the reaction mass. The cavities or chambers defined outside the reaction mass are still used to provide for the flame
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of the reaction a determined development space and to accumulate in the reservoir or envelope a determined gas reserve, before this container opens and lets the reaction gases steo escape into the apparatus to be driven. this results in increased safety and flexibility of operation.
In practice, the chambers arranged outside the reaction mass are advantageously established with precision by separating plates m (FIG. 7) of perforated or fragile material, such as paper for example, and by spacers 1 which fix the distance to the walls of the tank or to the outlets for the reaction gases. These plates maintain the func- tionalization of the ignition device of the reaction mass, until this reaction is sufficiently advanced to be able to take care of itself. The spacer elements 1 are generally formed from sheet metal strips.
The intensity (temperature, pressure, etc.) with which the reaction is broken down as well as the dimensions and the position of the portions where the reaction begins are of great importance for the development of this reaction and the possibility of reproducing its diagram . therefore, the starting point of the reaction should be chosen in such a way that it safely determines the trajectory and progress of the reaction in the mass as intended. For this purpose, one will advantageously choose one rather than several initiation points and one will preferably arrange for the reaction mass to meet the ignition flame, preferably perpendicularly than tangentially.
The safest ignition and best defined pattern is achieved when the combustion reaction begins at one edge.
The exhaust of the reaction gases from the tank should also be subjected to a control which can be determined.
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easily undermined for each particular case, by a few tests. It is the value of the internal pressure which is necessary to open the reservoir, for example to tear a sheet or to open a shutter subjected to the inaction of a spring, and of the volume available for the gases to the. inside the charge tank, which depends on the reaction point for which the first gas expansion occurs in the device to be driven.
The shutter must be chosen at least strong enough to open only when the reaction has already reached such a power that it can no longer be stopped by the expansion due to the blanking of the shutter. On the other hand, the resistance of this sealing not only determines the beginning of the working diagram in the driven apparatus, but it also acts on the diagram of the internal reaction in the tank, as a result of the effect of the pressure on the rate of the reaction during its development. A plugging or 'in general a more or less easy flow of the reaction gases out of the tank can act in the same way.
The outlet orifices of the reservoir leading to the device to be driven are advantageously made, for aerodynamic reasons, in the direction of minimum resistance to flow. compared to the control of devices by means of compressed gases in steel cylinders, the invention avoids the use of heavy and dangerous steel cylinders with their closures which are difficult to open and tight. oheity difficult to maintain and also to avoid gradual losses due to unavoidable leakage, as the reaction only occurs at the time of use.
As the apparatus is made to drive the necessary energy obtained by the chemical reaction in the suitable form, one obtains a
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on the other hand optimum operation and on the other hand, the usual mechanical devices for adjusting the energy input such as transformation, metering and reduction devices are avoided.
Two examples will quickly show the importance of the energy production of pressurized gas corresponding to the desired form of energy use.
When a large sprinkler system has to be corrugated with a practically constant jet, it is usually necessary to quickly reach the necessary operating pressure, to maintain it for a certain time at a constant value, and then to allow it to decrease following the decrease in the fluid to be displaced as the apparatus empties.
Such a time-pressure diagram can be easily realized according to the invention by aotion on the reaction rate of the mass producing the pressure, while heretofore there has been no possibility of producing in a controlled manner large volumes of gas. .
If we now consider, for example, an emergency brake according to the principle of compressed air brakes, in order to stop, for example, a transport cage which falls due to a broken cable, it In general, depending on the construction of the corresponding retainer, a time-pressure diagram will be required in which a relatively small amount of gas must be released very quickly to rapidly fill the dead spaces.
Then, the pressure must increase slowly to absorb the energy directed downwards relatively slowly, then be kept constant over a certain height, then increase again in order to permanently maintain the stationary cage in its position. Thanks to 1 = use of tanks containing reaction masses, in particular non-explosive fuel masses having
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precisely adjustable reaction and gas evolution rates, it is very easy to produce gas pressure meeting the above conditions;
the mechanical construction is then very economical, simple and safe, thanks to the elimination of the auxiliary devices hitherto necessary for the adjustment and inadequacy of the gas pressure.
4 Figure 7 shows a tank according to the invention with its load, constituting an example of an oomplète installation. a1 is a portion which reacts first and which may in this example have a significantly higher combustion rate than the other portions of the reaction mass, in order to rapidly fill the dead spaces of the apparatus to be trained and to start the combustion. effective work. a2 represents the next reaction mass which has a slower reaction rate and which is used to produce in the apparatus to impede the working pressure itself.
Next is the reaction mass a, which may have yet another gas evolution rate, in order to accommodate the energy demands of the apparatus used which vary during operation. The reaction masses a2 and a3 are separated from each other by the partition wall c with the orifice of the passages d and, in addition, the cavity h in the reaction mass 23 can be protected by the isolation c1. b represents the reaction tank in the bottom of which is for example the small ignition plug f for initiating the reaction, this ignition device being disposed in ztne cavity to be protected against unforeseeable external effects.
The cavity h narrows at its upper part and contains, for example, easily combustible substances g which give off a low gas pressure and which transmit the flame from the ignition device to the combustion chamber.
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reaction mass a1, and first of all at the well-defined and easily flammable edge of the hole of this mass.
m is an easy to perforate cardboard sheet which first retains the combustion in the mass a1 and which serves as a support for the
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part d.Téa.rtement 1 which can be formed from a sheet of sheet metal and which determines the outer chamber h1 between the tank and the reaction mass, k1 is an embodiment of
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a sealing cover with a recessed orifice, so that it is protected against attacks from the outside, this orifice being closed by a soldered lead foil,
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well-determined tear resistance. The slightly conical cover can be made gas and oil tight.
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which by means of a little lacquer, it can be covered with a tanis o for the protection of the outlet opening and for the simultaneous subdivision of the exhaust gases.
The cover kl, the t4nis 0 as well as the reaction masses al, a2 '& 3' when established with suitable dimensions, as well as the spacer 1 can be held in position by a single pressure, the wall b being turned over. towards the inside.
Figure 8 represents, by way of example, a part
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itun riser-roir of similar embodiment with a double wall whose intermediate space is filled with a material p absorbing heat, for example baking soda, which further releases an additional gas under pressure.
In this exemplary embodiment, the ignition device f is protected by a metal plate k with orifices r which covers it, and which only allows a release rod to pass through.
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olanohement of well-defined form and thus excludes any possibility of unforeseen operation. In general, the fragile parts of the outlet of the reaction gases
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and the device for the initiation of the reaction can be
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protected against deterioration or unforeseen tripping in a simple manner by protective members which are firmly connected to the tank during its manufacture.
FIG. 9 shows another embodiment of a reservoir composed of two parts screwed together b and b1 of known type and completely filled with a compact reaction mass. Ignition is effected by the pull-off ignition device f, the gas escaping first through the latter and then through the orifice! fitted with a fusible plug. In this example, the initiation of the reaction and the gas outlet are on the same side of the tank.
In the arrangement of FIG. La, the reaction mass a1 - a4 put into operation by the electric ignition f does not have internal cavities, but well-defined external cavities h have been provided.
The reaction gases are guided towards the outlet orifice o in the direction of the arrows, the outlet orifice here having the shape of a nozzle. In addition, this figure has shown how such a reservoir with its reaction mass can be introduced into the device to be actuated, s being for example a lining disposed under a rim of the cartridge or reservoir and t being a corresponding range in the device to be trained.
Instead of forming the reaction mass by compression into a complete element of a particular shape, it is also possible to fill with this subdivided mass, in particular in the form of tablets, balls, etc., or a tank of suitable shape. required, or a lower reservoir, and lay this mass in layers inside the reservoir. FIG. 11 shows by way of example a longitudinal section of a part of the tank which is filled partly with a compact mass a1 and partly with masses in the form of balls arranged in layers.
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mass a2 is formed in this example of larger balls than mass a and the various layers are separated from each other
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1, s other * by intermediate insulating plates e which are destroyed during the progress of the reaction.
As the layers are formed of beads of different diameter, the reactive surfaces and the empty spaces between them have varying dimensions.
The parts of different cross-section can be arranged one inside the other instead of being one behind the other, but they must most often be isolated from each other.
It is also possible to provide in the reservoirs described parts of lower resistance, for example by thinning or making a part of the wall more brittle by grooving or grinding, so that the reservoir must break at this point when the pressure grows, in the event that. its normal shutter does not work for some reason.
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