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perfectionnements à l'utilisation des combustibles gazeux Cette invention a pour objet des perfectionnements à l'utilisation des combustibles gazeux pour le chauffage des fours, générateurs de vapeur, chauffe-eau, chauffe-air et autres appareils analogues.
Suivant cette invention, on brûle le gaz combustible mélangé d'air entre une paroi réfractaire et l'élément à chauf- fer, en,dirigeant le jet de gaz et d'air contre la paroi réfractaire qui est ainsi portée à l'incandescence et rayon- ne la chaleur vers l'élément à chauffer, tandis que ce der- nier, généralement fait de métal, ne subit pas ou subit moins l'action destructrice de la flamme. Pour protéger en- core davantage l'élément à chauffer tout en multipliant l'effetfavorable du rayonnement de chaleur, on dispose de préférence entrela flamme. et cet élément un écran de ma-
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tière réfractaire poreuse ou perforée qui peut être placé en contact avec l'élément ou à une faible distance de celui-ci.
Lorsqu'on fait usage d'un écran perforée il est avantageux que les perforations soient de forme conique ou analogue et s'évasent vers l'élément à chauffer, de manière que l'écran offre de ce côté une surface de rayonnement maximum.
La nature et la forme de t'élément à chauffer peuvent être très diverses, soit qu'il s'agisse de corps creux tu- bulaires ou autres contenant des liquides ou des gaz à chauf- fer ou au contraire de corps creux tubulaires servant à con- duire les gaz de combustion à travers ces liquides ou gaz, soit que l'élément ait la forme d'une plaque ou d'une série de plaques ou toute autre forme appropriée. De préférence, la paroi et l'écran réfractaires épousent sensiblement la for- me de l'élément à chauffer et en tout cas ils sont disposés de la manière la plus propre à assurer un rendement optimum de la chaleur dégagée par la combustion du gaz.
Il est avan- tageux dans certains cas., pour utiliser au mieux cette cha- leur, de remplir l'intervalle entre deux éléments à chauffer, ou éventuellement 1-'élément lui-même, de matière réfractaire granulée à laquelle les gaz de combustion cèdent leur chaleur plus aisément qu'aux parois de l'élément.
Un point très important dans la technique de la com- bustion du gaz est de réaliser un mélange convenable de celui- ci avec l'air comburant. On résoud ce problème d'une manière simple, suivant l'invention, en brassant le gaz et l'air dans une turbine dont les aubes sont actionnées par l'un des deux fluides et aspirent l'autre. Le gaz, qui est généralement fourni sous pression, est tout désigné comme fluide moteur; on l'envoie tangentiellement au cercle des aubes, tandis que @
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l'air est admis au centre de la turbine et aspiré vers la périphérie de celle-ci où il est brassé avec le gaz par les aubes en rotation.
Le mélange homogène de gaz et d'air sor- tant de la turbine doit être brûlé dans des brûleurs suscep- tibles de fournir une flamme en nappe bien dirigée, de ma- nière à l'étaler contre la paroi réfractaire opposée à l'élé- ment à chauffer. Dans ce but, on emplois des brûleurs dont le ou les orifices de sortie sont aplatis et évasés en for- me de coin.
Pour bien faire comprendre l'invention, on en décri- ra ci-après quelques formes de réalisation en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Figs. 1 à 5 sont des vues schématiques montrant en coupe différents dispositifs de chauffage au gaz.
Figs. 6 et 7 représentent en coupe verticale et en coupe horizontale partielle, respectivement, un mélangeur de gaz et d'air à turbine conforme à l'invention.
Figs. 8 à 10 sont respectivement une vue en coupe ver- ticale, en coupe horizontale et en plan d'un brûleur à orifi- ce unique, et
Fig. 11 est une vue en plan d'un brûleur à orifices multiples.
Sur la Fig. l, deux nappes d'un mélange enflammé de gaz et d'air sortent d'un brûleur 1, en divergeant comme l'indi- quent les flèches de manière à s'étaler contre deux parois réfractaires 2 entre lesquelles se trouve l'élément 3 qui est chauff.é à la fois par la chaleur des flammes et par le rayon- nement des parois 2 portées à l'incandescence. Le dispositif de la Fig. 2 comporte en outre deux écrans réfractaires 4 in- tercalés entre l'élément 3 et les parois réfractaires 2 et percés de trous coniques 5 s'évasant vers l'élément 3. Ces écrans sont également portés à l'incandescence par la combus- tion du gaz qui a lieu dans l'espace libre entre leur face
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extérieure et la paroi réfractaire 2 adjacente, mais ils pro- tègent 1-'élément-3 contre l'action directe de la flamme.
Sur la Fig. 3, deux éléments 3 encadrent une paroi réfractaure 2 unique dont ils sont séparés chacun par un écran réfractaire perforé 4, et les flammes du brûleur 1 convergent vers les deux faces de la paroi 2 pour s'étaler contre celle-ci.
La disposition montrée sur la Fig. 4 diffère des pré- cédentes en ce que les éléments à chauffer 3 s'étendent dans des plans perpendiculaires à celui 1'dans lequel les parois réfrac- taires 2 et les écrans réfractaires 4 sont placés de part et d'autre du brûleur 1. Au sortir de celui-ci, le mélange de gaz et d'air s'enflamme et brûle entre les parois 2 et les écrans 4 dont les gaz de combustion traversent les perfora- tions 5 pour passer ensuite dans les intervalles 6 des élé- ments 3. Tous ou certains de ces intervalles 6 sont remplis de grains réfractaires 7 qui absorbent la chaleur des gaz brûlés et la cèdent aux éléments S.
Sur la Fig.5, l'élément 3 consiste en un tube traver- sant par exemple une capacité contenant de l'eau à chauffer.
Dans ce tube, le mélange de gaz et d'air brûle entre un noyau central constituant la paroi réfractaire 2 et un écran tubu- laire perforé 4 qui tapisse la paroi du tube sur toute la hauteur du noyau. Au-delà de celui-ci, le tube est rempli de grenaille réfractaire 7 destinée à récupérer la chaleur des gaz brûlés comme dans le cas de la Fig. 4.
Bien qu'ils soient représentés sous la forme de tubes ou de capacités contenant des liquides, les éléments 3 des Figs. 1 à 4 pourraient naturellement avoir toute autre forme et notamment celle de plaques planes ou ondulées, par
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Le mélange de gaz et d'air est fourni aux brûleurs 1 par le mélangeur à turbine représenté sur les Figs. 6 et 7, qui comporte une série d'aubes radiales 8 montées sur un axe 9 de manière à pouvoir tourner dans une envelop- pe cylindrique 10 de faible hauteur, présentant deux ouver- tures centrales 11 et 12 séparées par un disque 13. Les aubes 8 sont mises en mouvement par le gaz sous pression arrivant tangentiellement dans l'enveloppe 10 par un ou plusieurs ajutages 14.
En tournant, elles aspirent de l'air en dessous du disque 13, à travers l'ouverture centrale inférieure 11 et le brassent avec le gaz à la périphérie de l'enveloppe 10; le mélange de gaz-et d'air est chassé vers, l'ouverture centra- le supérieure 12, au-dessus du disque 13, par la pression du gaz qui, en sortant des ajutages 14, est dévié vers le centre del'enveloppe par les parties profilées 8a des aubes 8. Even- tuellement, si l'on ne dispose pas de gaz sous pression, on peut actionner les aubes 8 au moyen de l'axe 9 et utiliser leur rotation pour aspirer le gaz par les ajutages 14 en même temps que l'air par l'ouverture centrale 11, ou inver- sement .
Le brûleur 1 représenté en détail sur les Figs. 8 à 10 comporte une rainure circulaire 15 entourant un bossage cen- tral 16 et communiquant avec la conduite d'amenée du mélange gazeux par un ajutage 17. Un couvercle 18 fixé au bossage 16 ferme la rainure 15 en ne laissant libre qu'une mince fente en forme de coin 19 par laquelle le mélange gazeux s'échappe en éventail. Cette fente 19 peut être ménagée dans le corps 1 du brûleur ou dansle couvercle 18, mais il est préférable de la former dans une plaquette 20 intercalée entre le corps et le couvercle, comme c'est montré sur le dessin.
Dans cet exemple, le bord du corps 1 est chanfreiné de manière à diri- n - --
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ger le jet de gaz obliquement vers le haut-,, mais il pourrait évidemment être plan ou chanfreiné en sens inverse pour di- riger la flamme horizontalement ou obliquement vers le bas.
Sur la Fig. 11, le corps 1 du brûleur a une forme o- blongue, de même que son couvercle et la plaquette 20 qui compor- te plusieurs fentes ou encoches 19, de sorte que le brûleur constitue une rampe à jets de flamme multiples.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux dé- tails d'exécution décrits et représentés à titre d'exemple et l'on ne sortirait pas de son cadre en modifiant ces dé- tails.
REVENDICATIONS
1. Procédé d'utilisation des combustibles gazeux pour le chauffage des fours, générateurs de vapeur, chauffe- eau, chauffe-air et autres appareils analogues, consistant à brûler le gaz combustible mélange d'air dans un espace étroit entre une paroi réfractaire et l'élément à chauffer, en diri- geant le jet de gaz et d'air contre la paroi réfractaire afin qu'elle soit portée à l'incandescence et rayonne la chaleur vers l'élément à chauffer.
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Improvements in the use of gaseous fuels This invention relates to improvements in the use of gaseous fuels for heating furnaces, steam generators, water heaters, air heaters and other similar devices.
According to this invention, the fuel gas mixed with air is burned between a refractory wall and the heating element, directing the jet of gas and air against the refractory wall which is thus ignited and radiates heat towards the element to be heated, while the latter, usually made of metal, is not or is less affected by the destructive action of the flame. In order to further protect the element to be heated while at the same time increasing the favorable effect of the heat radiation, it is preferably placed between the flame. and this element a screen of my-
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porous or perforated refractory material which can be placed in contact with the element or at a short distance from it.
When using a perforated screen, it is advantageous that the perforations are of conical shape or the like and flare towards the element to be heated, so that the screen offers on this side a maximum radiation surface.
The nature and shape of the element to be heated can be very diverse, whether it is tubular or other hollow bodies containing liquids or gases to be heated or, on the contrary, tubular hollow bodies used for heating. conduct the combustion gases through these liquids or gases, whether the element is in the form of a plate or a series of plates or any other suitable shape. Preferably, the refractory wall and screen substantially follow the shape of the element to be heated and in any case they are arranged in the most suitable manner to ensure optimum efficiency of the heat given off by the combustion of the gas.
It is advantageous in certain cases., In order to make the best use of this heat, to fill the gap between two elements to be heated, or possibly the element itself, with granulated refractory material to which the combustion gases release their heat more easily than to the walls of the element.
A very important point in the art of gas combustion is to achieve a suitable mixture of the latter with the combustion air. This problem is solved in a simple manner, according to the invention, by stirring the gas and the air in a turbine, the blades of which are actuated by one of the two fluids and suck the other. Gas, which is usually supplied under pressure, is commonly referred to as a working fluid; it is sent tangentially to the circle of the blades, while @
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the air is admitted to the center of the turbine and sucked towards the periphery of the latter where it is mixed with the gas by the rotating blades.
The homogeneous mixture of gas and air leaving the turbine must be burned in burners capable of providing a well-directed sheet flame, so as to spread it against the refractory wall opposite to the element. - ment to heat. For this purpose, burners are used, the outlet or ports of which are flattened and flared in the form of a wedge.
To make the invention fully understood, a few embodiments thereof will be described below with reference to the appended drawings, in which:
Figs. 1 to 5 are schematic views showing in section various gas heating devices.
Figs. 6 and 7 show, in vertical section and in partial horizontal section, respectively, a turbine gas and air mixer according to the invention.
Figs. 8 to 10 are respectively a vertical section, horizontal section and plan view of a single orifice burner, and
Fig. 11 is a plan view of a multiple orifice burner.
In Fig. 1, two sheets of a flaming mixture of gas and air come out of a burner 1, diverging as indicated by the arrows so as to spread out against two refractory walls 2 between which the element is located. 3 which is heated both by the heat of the flames and by the radiation from the walls 2 brought to the incandescence. The device of FIG. 2 also comprises two refractory screens 4 inserted between the element 3 and the refractory walls 2 and pierced with conical holes 5 flaring towards the element 3. These screens are also made to incandescence by the combustion. gas that takes place in the free space between their face
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exterior and the adjacent refractory wall 2, but they protect 1-'element-3 against the direct action of the flame.
In Fig. 3, two elements 3 surround a single refractory wall 2 from which they are each separated by a perforated refractory screen 4, and the flames of the burner 1 converge towards the two faces of the wall 2 to spread out against the latter.
The arrangement shown in FIG. 4 differs from the previous ones in that the elements to be heated 3 extend in planes perpendicular to that 1 'in which the refractory walls 2 and the refractory screens 4 are placed on either side of the burner 1. On leaving the latter, the mixture of gas and air ignites and burns between the walls 2 and the screens 4, the combustion gases of which pass through the perforations 5 to then pass through the gaps 6 of the elements. 3. All or some of these gaps 6 are filled with refractory grains 7 which absorb the heat of the flue gases and give it to the S elements.
In Fig. 5, the element 3 consists of a tube passing, for example, through a capacity containing water to be heated.
In this tube, the mixture of gas and air burns between a central core constituting the refractory wall 2 and a perforated tubular screen 4 which lines the wall of the tube over the entire height of the core. Beyond this, the tube is filled with refractory shot 7 intended to recover the heat of the burnt gases as in the case of FIG. 4.
Although they are shown in the form of tubes or containers containing liquids, the elements 3 of Figs. 1 to 4 could naturally have any other shape and in particular that of flat or corrugated plates, for example
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The mixture of gas and air is supplied to the burners 1 by the turbine mixer shown in Figs. 6 and 7, which comprises a series of radial vanes 8 mounted on an axis 9 so as to be able to rotate in a cylindrical casing 10 of low height, having two central openings 11 and 12 separated by a disc 13. The blades 8 are set in motion by the pressurized gas arriving tangentially in the casing 10 via one or more nozzles 14.
While rotating, they suck air below the disc 13, through the lower central opening 11 and stir it with the gas at the periphery of the casing 10; the mixture of gas and air is expelled towards, the upper central opening 12, above the disc 13, by the pressure of the gas which, leaving the nozzles 14, is deflected towards the center of the casing by the profiled parts 8a of the vanes 8. Possibly, if pressurized gas is not available, the vanes 8 can be actuated by means of the axis 9 and use their rotation to suck the gas through the nozzles 14 at the same time as the air through the central opening 11, or vice versa.
The burner 1 shown in detail in Figs. 8 to 10 comprises a circular groove 15 surrounding a central boss 16 and communicating with the supply pipe for the gas mixture by a nozzle 17. A cover 18 fixed to the boss 16 closes the groove 15 leaving only a thin one. wedge-shaped slit 19 through which the gas mixture escapes like a fan. This slot 19 can be formed in the body 1 of the burner or in the cover 18, but it is preferable to form it in a plate 20 interposed between the body and the cover, as shown in the drawing.
In this example, the edge of body 1 is chamfered so that it diri- n - -
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direct the gas jet obliquely upwards- ,, but it could obviously be flat or chamfered in the opposite direction to direct the flame horizontally or obliquely downwards.
In Fig. 11, the body 1 of the burner has an oblong shape, as does its cover and the plate 20 which has several slots or notches 19, so that the burner constitutes a manifold with multiple flame jets.
Of course, the invention is not limited to the details of execution described and shown by way of example and it would not be outside its scope to modify these details.
CLAIMS
1. A method of using gaseous fuels for heating furnaces, steam generators, water heaters, air heaters and other similar apparatus, consisting in burning the combustible gas mixture of air in a narrow space between a refractory wall and the element to be heated, directing the jet of gas and air against the refractory wall so that it is ignited and radiates heat towards the element to be heated.