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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.