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TUYERE REFRIGEREE A HAUT RENDEMENT POUR GAZOGENE
A ASPIRATION ET A DEBIT VARIABLE.
La présente invention a pour objet une tuyère,à desti- -nation de gazogène à aspiration et à débit variable, per- -mettant un rendement élevé du gazogène.
Les gazogènes destinés à alimenter les véhicules auto- -mobiles en gaz combustible à partir des combustibles so- -lides tels que'charbon de bois et surtout l'anthracite, sont,dans leur grande majorité,des gazogènes ne produi- -sant qu'un gaz pauvre en calories dénommé gaz à l'air.
Si l'on examine les phénomènes thermo-chimiques qui s'opèrent dans les gazogènes formant du gaz à l'air,on constate ce qui suit :
Les équations de production sont :
C + 0 = C 0 + 97.6 calories
C 0 + C = 2 C 0 - 38.8 calories soit, en additionnant l'équation brute de production : C + 0 = C 0 + 29.4 calories autrement dit la combustion incomplète de 12 grammes de carbone dégage 29. 4 C soit par Kg de charbon :
29. 4 x 1000 = 2450 calories
12
Or, la combustion complète donne 97.60 calories soit par Kg de charbon :
97. 6 x 1000 = 8.120 calories
12 la différence soit 8.120 C - 2450 C = 5670 calories est disponible dans le gaz produit.
Le rendement du gazogène est donc : r = 5. 670/8.1@0 = 70 % r 8.120 - 70 %
Le gaz obtenu est le gaz à l'air dont la composition est théoriquement la suivante : C 0 34. 8 %
A Z 65.2 %
Ce gaz est pauvre. Si l'on veut en améliorer le pouvoir calorifique ainsi que le rendement du gazogène, on peut produire ce que l'on dénomme le gaz mixte,en adoptant la méthodesuivante :
Si l'on fait arriver de la vapeur d'eau sur du carbone incandescant il se produit la réaction endothermique suivante : C + H20 = C .0 + H2 - 26.8 calories, ce qui justifie une récupération possible de chaleur perdue.
Lors de la formation du gaz à l'eau, 2450 calories sont perdues dans la marche du foyer. On peut en récupérer une partie , et l'expérience nous montre qu'elle est de l'ordre
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2 de 1400 calories environ. En effet, il faut laisser au moins 1000 calories pour maintenir le gazogène allumé,1400 calo- -ries seraient absorbés par décomposition de l'eau et le ren- -dement du gazogène passerait à 7.070 = 87.5 % 8.120
Le gaz alors obtenu a, théoriquement,la composition sui- -vante : H 13.3 %
CO 37.5 %
AZ 49.2 %
Il possède donc au M3 un pouvoir calorifique beaucoup plus important que le gaz à l'air et donne aux moteurs qui l'em- -ploient un couple plus fort, à cylindrée égale.
Par consé- quent la chute de puissànce est moins importante, par rapport à l'essence,que lors de l'emploi de gaz à l'air.
Ainsi, un dosage judicieux d'une certaine quantité d'eau peut améliorer le rendement du gazogène et réduire la chute de puissance du moteur. Ce principe est adopté dans l'indus- trie, où les gazogènes travaillent généralement à débit cons- tant,soit par injection de vapeur,soit par léchage de vapeur d'eau dans un réservoir chauffé.
Dans les installations à débit variable, comme c'est le cas pour l'automobile, où la variation de régime est infinie,les différentes applications que l'on à faite de ce procédé,tout en permettant un meilleur rendement, ont donné des incon- -vénients à cause des irrégularités du dosage et de son man- -que de précision, inconvénients allant jusqu'a provoquer l'extinction du foyer.
D'autre part,dans la marche des gazogènes à. l'anthracite formant du gaz à l'air, on doit prévoir, vu les hautes tempé- -ratures,des tuyères refroidies le plus souvent par circula- -tion d'eau, sinon l'on risque de brûler celles-ci. Les formes de refroidissement par air employées jusqu'à présent se sont, la plupart du temps, révélées peu efficaces. Ceci nécessite en outre l'adoption de métaux à grande diffusion calorifique et de coût élevé.
La formation de mâchefer dans le foyer,vu les hautes températures des gazogènes à l'air est également préju- -diciable à la marcherégulière du moteur et à la longévité des tuyères.
L'utilisation du gax mixte dans les gazogènes à débit variable est donc à souhaiter pour toutes ces raisons.
La présente invention a pour but de remédier aux incon- -vénients ci-dessus signalés et de procurer une tuyère per- -mettant, dans les installations à débit variable comme par exemple dans les gazogènes pour véhicules automobiles,l'uti- -lisation du gaz mixte et cela dans des conditions de régu- -larité et de sécurité? parfaites.
Dans ce but, la tuyère,objet de l'invention est consti- -tuée par un corps soumis directement à la chaleur du foyer, caractérisée en ce qu'elle comporte intérieurement des sur- -faces de rayonnement qui sont léchées par un courant d'air eau-pulvérisée, de telle sorte que les calories dégagées par le foyer et emmagasinées dans la tuyère sont transmises à l'eau qui se transforme en vapeur, (ce qui crée en même
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temps un fluide humide en mouvement dont la diffusion calo- -rifique est infiniment plus gnde que celle de l'air sec) assurant ainsi la vaporisation de l'eau et le refroidisse- -ment de la tuyère.
En pratique,la quantité d'eau introduite sous forme d'eau pulvérisée dont le courant est assurée par un doseur à niveau constant muni d'un gicleur débouchant dans un tube de venturi qui opère en combinaison avec la tuyère pour assurer à tous les régimes le dosage exact d'eau nécessaire à obtenir le plus haut rendement tout en évitant l'extinction du foyer.
Afin d'assurer dans le gazogène une dépression minimum,la section de sortie de la tuyère présente une surface plus petite que celle de la section de passage du gaz combustible formé,débouchant au corset d'un venturi,lorsqu'il est mélangé à l'air pour produire le gaz tonnant.
Le dessin ci-joint montre des réalisations d'une instal- -lation de tuyère conformes à l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe d'une tuyère combinée avec un doseur d'eau à niveau constant et tube de venturi.
La figure 2 est une coupe à plus grande échelle de la tuyère proprement dite.
La figure 3 est une vue de côté du doseur d'eau à niveau constant avec son dispositif d'isolement.
La figure 4 est une autre réalisation de la tuyère mon- -trée en coupe verticale.
La figure 5 est une coupe horizontale à travers la figure 4.
Le tuyau I (voir figure I) figure l'arrivée d'air frais allant vers le foyer du gazogène. A l'intérieur de ce tuyau I est inséré un diffuseur 2 dans lequel vient déboucher un gicleur 4 en communication avec une cuve 3 à niveau constant contenant de l'eau venant d'un réservoir destiné à l'ali- -menter.
Un robinet 12 ou tout autre système de fermeture approprié est prévu sur le parcours de la tuyauterie allant de la cuve 3 à niveau constant au gicleur 4 (voir fig. 3.) afin de fermer l'arrivée d'eau quand cela est nécessaire.Ce robinet peut être commandé à distance de toute manière appropriée.
A l'extrémité du tube I est emmanchée la tuyère proprément dite,de métal approprié selon la température à laquelle doit fonctionner le gazogène.Cette tuyère est formée d'un corps ou manchon extérieur 5 à parois doubles (figure 1 & fig. 2) avec des trous de passage appropriés.
Dans celui-ci est inséré un cylindre 6 éventuellement à double parois dont l'une est percée d'ouvertures (II).Ce cylindre est fermé vers le haut par une partie plate 7, et garni en bas de trous 8 permettant la circulation du mélange air-vapeur d'eau dans le sens des flèches 9. Des ailettes métalliques 10 sont prévues pour créer une plus grande surface de contact favorable à la diffusion calorifique entre le métal et le fluide en mouvement.
Ce cylindre peut également être à simple paroi (fig.4 & 5) et à courant direct. Dans ce cas il présente une plaque 13' @ A
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formant surface principale de rayonnement et des ailettes 14. Les gouttelettes liquides sont précipitées sur la plaque 13 où elles absorbent une partie des calories nécessaires à leur vaporisation.
L'air étant aspiré, lors de la. marche du moteur,par le tuyau I,crée au corset du venturi 2 une dépression qui fait jaillir l'eau par le gicleur 4 dans la colonne d'air en mouvement où elle se pulvérise et forme un mélange air- -gouttelettes d'eau. Le rapport des sections du gicleur est calculé de telle façon que le mélange soit en dessous de la proportion maximum possible à la marche du gazogène à bas régime et qu'il aille en s'enrichissant progressivement avec l'augmentation du débit jusqu'au maximum admis. Ceci afin de l'absorbtion calorifique due à l'évaporation de l'eau aille en s'accroissant au fur et à mesure de l'augmen- -tation de débit, grâce au laminage plus intense de l'air que de l'eau,dû aux différences de densité des deux fluides.
Le mélange air-eau pulvérisée arrive à la tuyère propre- -ment dite,laquelle,exposée à la chaleur du foyer est portée à haute température.
Les gouttelettes d'eau sont précipitées sur la partie supérieure plate 7 ou 13 de la tuyère où elles acquièrent par contact avec cette paroi chaude,des calories en nombre important.
Le mélange en mouvement parcours ainsi la tuyère dans le sens des flèches et absorbe les calories nécessaires à l'éva- -poration de l'eau,refroidissant ainsi la tuyère.D'autre part l'air étant humidifié,se comporte comme un gaz humide lequel possède une conductibilité calorifique beaucoup plus intense qu'un gaz sec et se réchauffe ainsi de façon à pouvoir arriver au foyer à la température la plus favorable à la formation du gaz combustible.
Il en résulte donc un refroidissement intense de la tuyère,la mettant à l'abri des inconvénients qui résultent pour elle des trop hautes températures.
L'eau pulvérisée se vaporise dans l'air qui la transporte grâce à l'apport de calories dû au refroidissement de la tuyère,laquelle est calculée de telle façon que la vaporisa- -tion complète s'opère et que le mélange air-vapeur d'eau formé,acquière la température la plus favorable à la marche la plus parfaite du gazogène.
Le robinet 12 permet de supprimer l'arrivée d'eau au gicleur lors de la mise à feu du gazogène, car en ce moment la tuyère n'étant pas chaude les gouttelettes projetées sur le combustible pourraient retarder cette mise à feu et la rendre difficile.
Vu la récupération calorifique importante résultant de l'emploi d'un mélange air-vapeur d'eau,il en résulte paral- -lèlement un abaissement conséquent de la température du foyer dû à la dissociation de la molécule d'eau, lequel a pour effet d'éviter la formation des mâchefers et scories dures si préjudiciables à la bonne marche du gazogène.
En outre des avantages de refroidissement efficace et
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simple de la tuyère,de l'amélioration du rendement du gazo- -gène(comme indiqué plus haut) ainsi que la formation d'un gaz plus riche,ce système permet un dosage rigoureux du mélange aussi précis que celui qui est réalisé dans le dosage air-carburant des carburateurs à essence,et ceci à tous les régimes,
REVENDICATIONS
I/Tuyère constituée par un corps soumis directement à la chaleur du foyer caractérisée en ce qu'elle comporte intérieurement des surfaces de rayonnement qui sont léchées par un courant d'air-eau pulvérisée,
de telle sorte qu'une partie des calories dégagées par la combustion et emmagasi- -nées dans la tuyère sont transmises à l'eau qui se trans- -forme en vapeur(ce qui crée en même temps un fluide gaz humide en mouvement a diffusion calorifique infiniment plus grande que celle de l'air sec) assurant ainsi la vaporisation de l'eau et le refroidissement de la tuyère.
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HIGH EFFICIENCY REFRIGERATED TUBE FOR GAS GENERATOR
WITH VARIABLE SUCTION AND FLOW RATE.
The present invention relates to a nozzle, intended for gasifier with suction and variable flow rate, allowing a high yield of the gasifier.
The gasifiers intended to supply motor vehicles with combustible gas from solid fuels such as charcoal and especially anthracite, are, for the most part, gasifiers which only produce a low-calorie gas called air gas.
If we examine the thermochemical phenomena that take place in gasifiers forming gas in air, we see the following:
The production equations are:
C + 0 = C 0 + 97.6 calories
C 0 + C = 2 C 0 - 38.8 calories or, by adding the gross production equation: C + 0 = C 0 + 29.4 calories in other words the incomplete combustion of 12 grams of carbon releases 29. 4 C or per Kg of coal:
29. 4 x 1000 = 2450 calories
12
However, complete combustion gives 97.60 calories or per kg of charcoal:
97. 6 x 1000 = 8,120 calories
12 the difference or 8,120 C - 2,450 C = 5670 calories is available in the gas produced.
The efficiency of the gasifier is therefore: r = 5.670/8.1@0 = 70% r 8.120 - 70%
The gas obtained is gas in air, the composition of which is theoretically as follows: C 0 34. 8%
A Z 65.2%
This gas is poor. If we want to improve the calorific value as well as the efficiency of the gasifier, we can produce what is called mixed gas, by adopting the following method:
If water vapor is sent to incandescent carbon, the following endothermic reaction occurs: C + H20 = C .0 + H2 - 26.8 calories, which justifies a possible recovery of waste heat.
During the formation of gas in water, 2450 calories are lost in the operation of the fireplace. We can recover part of it, and experience shows us that it is in order
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2 of 1400 calories approximately. In fact, at least 1000 calories must be left to keep the gasifier on, 1400 calories would be absorbed by decomposition of the water and the yield of the gasifier would increase to 7.070 = 87.5% 8.120
The gas then obtained has, theoretically, the following composition: H 13.3%
CO 37.5%
AZ 49.2%
It therefore has in M3 a calorific value much greater than gas in air and gives the engines which use it a stronger torque, at equal displacement.
Consequently, the drop in power is less important, compared to gasoline, than when gas is used in air.
Thus, a judicious dosage of a certain quantity of water can improve the efficiency of the gasifier and reduce the drop in power of the engine. This principle is adopted in industry, where gas generators generally work at a constant rate, either by injecting steam or by licking water vapor in a heated tank.
In variable flow installations, as is the case for the automobile, where the speed variation is infinite, the various applications that have been made of this process, while allowing better efficiency, have given rise to inconveniences. - -Disadvantages because of the irregularities of the dosage and its lack of precision, drawbacks going so far as to cause the fire to go out.
On the other hand, in the march of gasifiers to. anthracite forming gas in air, one must provide, given the high temperatures, nozzles cooled most often by circula- tion of water, otherwise there is a risk of burning them. The forms of air cooling employed so far have, for the most part, been found to be ineffective. This further necessitates the adoption of metals with high heat diffusion and high cost.
The formation of clinker in the hearth, in view of the high temperatures of the gasifiers in the air, is also detrimental to the regular operation of the engine and to the longevity of the nozzles.
The use of mixed gas in variable flow rate gasifiers is therefore desirable for all these reasons.
The object of the present invention is to overcome the drawbacks mentioned above and to provide a nozzle allowing, in variable flow installations such as for example in gasifiers for motor vehicles, the use of the mixed gas and that under conditions of regularity and safety? perfect.
For this purpose, the nozzle, object of the invention is constituted by a body subjected directly to the heat of the hearth, characterized in that it internally comprises radiation surfaces which are licked by a current of 'water-sprayed air, so that the calories released by the fireplace and stored in the nozzle are transmitted to the water which turns into steam, (which at the same time creates
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time a moving wet fluid whose calo- -rific diffusion is infinitely greater than that of dry air) thus ensuring the vaporization of the water and the cooling of the nozzle.
In practice, the quantity of water introduced in the form of sprayed water, the current of which is provided by a constant level metering device fitted with a nozzle opening into a venturi tube which operates in combination with the nozzle to ensure at all speeds the exact dosage of water necessary to obtain the highest output while avoiding the extinction of the fireplace.
In order to ensure a minimum depression in the gasifier, the outlet section of the nozzle has a smaller area than that of the passage section of the fuel gas formed, opening out to the corset of a venturi, when it is mixed with the gasifier. air to produce thunderous gas.
The accompanying drawing shows embodiments of a nozzle installation according to the invention.
Figure 1 is a sectional view of a nozzle combined with a constant level water metering device and venturi tube.
FIG. 2 is a section on a larger scale of the nozzle proper.
Figure 3 is a side view of the constant level water metering device with its isolation device.
Figure 4 is another embodiment of the nozzle shown in vertical section.
Figure 5 is a horizontal section through Figure 4.
Pipe I (see figure I) represents the fresh air inlet going to the gasifier hearth. Inside this pipe I is inserted a diffuser 2 into which emerges a nozzle 4 in communication with a tank 3 at constant level containing water coming from a reservoir intended to feed it.
A tap 12 or any other suitable closing system is provided on the path of the piping going from the tank 3 at constant level to the nozzle 4 (see fig. 3.) in order to close the water supply when necessary. This tap can be remotely controlled in any suitable way.
At the end of the tube I is fitted the actual nozzle, of suitable metal depending on the temperature at which the gasifier must operate. This nozzle is formed of an outer body or sleeve 5 with double walls (figure 1 & fig. 2) with suitable through holes.
In this is inserted a cylinder 6 possibly with double walls, one of which is pierced with openings (II). This cylinder is closed at the top by a flat part 7, and lined at the bottom with holes 8 allowing the circulation of the gas. air-water vapor mixture in the direction of the arrows 9. Metal fins 10 are provided to create a larger contact surface favorable to the heat diffusion between the metal and the moving fluid.
This cylinder can also be single-walled (fig. 4 & 5) and direct current. In this case it presents a 13 '@ A plate
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forming the main radiation surface and fins 14. The liquid droplets are precipitated on the plate 13 where they absorb part of the calories necessary for their vaporization.
The air being sucked in, during the. operation of the engine, through pipe I, creates a depression at the corset of the venturi 2 which causes water to squirt through nozzle 4 into the column of moving air where it atomizes and forms an air-droplet water mixture . The ratio of the sections of the nozzle is calculated in such a way that the mixture is below the maximum possible proportion for the operation of the gasifier at low speed and that it is gradually enriched with the increase in flow rate up to the maximum. admitted. This in order to the calorific absorption due to the evaporation of the water goes by increasing as the flow increases, thanks to the more intense rolling of the air than of the water. , due to the differences in density of the two fluids.
The air-water spray mixture arrives at the nozzle proper -ment, which, exposed to the heat of the home is brought to high temperature.
The water droplets are precipitated on the flat upper part 7 or 13 of the nozzle where they acquire, by contact with this hot wall, a large number of calories.
The moving mixture thus travels the nozzle in the direction of the arrows and absorbs the calories necessary for the eva- -portation of the water, thus cooling the nozzle.On the other hand, the air being humidified, behaves like a gas humid which has a heat conductivity much more intense than a dry gas and thus heats up so as to be able to reach the furnace at the most favorable temperature for the formation of the combustible gas.
This therefore results in intense cooling of the nozzle, shielding it from the drawbacks which result for it from excessively high temperatures.
The sprayed water vaporizes in the air which transports it thanks to the contribution of calories due to the cooling of the nozzle, which is calculated in such a way that the complete vaporization takes place and that the air-vapor mixture of water formed, acquires the most favorable temperature for the most perfect operation of the gasifier.
The tap 12 eliminates the water supply to the nozzle when the gasifier is ignited, because at this moment the nozzle is not hot, the droplets projected on the fuel could delay this ignition and make it difficult .
Considering the significant heat recovery resulting from the use of an air-water vapor mixture, the result is at the same time a consequent lowering of the temperature of the hearth due to the dissociation of the water molecule, which has for effect of preventing the formation of bottom ash and hard slag so prejudicial to the good functioning of the gasifier.
Further advantages of efficient cooling and
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simple nozzle, improving the yield of the gas-gen (as indicated above) as well as the formation of a richer gas, this system allows a rigorous dosage of the mixture as precise as that which is carried out in the air-fuel metering of gasoline carburettors at all speeds,
CLAIMS
I / Nozzle consisting of a body subjected directly to the heat of the hearth characterized in that it internally comprises radiation surfaces which are licked by a stream of air-sprayed water,
so that part of the calories released by the combustion and stored in the nozzle are transmitted to the water which is transformed into vapor (which at the same time creates a humid gas fluid in movement with diffusion infinitely greater than that of dry air) thus ensuring the vaporization of the water and the cooling of the nozzle.