<Desc/Clms Page number 1>
BREVET D'INVENTION " FOURNEAU A COMBUSTIBLE LIQUIDE
John Eckert GREENAWALT.
La présente invention concerne les fourneaux, et plus particulièrement ceux pour combustion par tirage descendant, et elle consiste en les nouvelles caractéristiques de construction ci-après décrites.
Elle a pour objet d'offrir un fourneau qui est spécialement propre à fournir la chaleur nécessaire au fonctionnement d'autres appareils tels que chaudières à eau chaude ou à vapeur, fours d'incinération et fours métallurgiques, y compris les appareils de frittage. Le fourneau est, par conséquent un fourneau à combustion primaire d'où les gaz chauds et les produits de la combustion sont conduits à quelqu'autre appareil où la chaleur du fourneau primaire est utilisée. Il va néanmoins sans dire que l'invention n'est nullement limitée à l'association avec un autre
<Desc/Clms Page number 2>
appareil du fourneau qui en fait l'objet, car ce fourneau constitue un dispositif, complet en lui-même, que l'on peut utiliser seul.
Dans le fourneau de l'invention, le combustible et l'air sont soumis à un mouvement tourbillonnant à l'intérieur de la chambre de combustion pour assurer un mélange intime de ce combustible et de cet air afin d'assurer ainsi une combustion complète.
Le brûleur prévu pour ce fourneau comprend une tête distributrice de combustible pour subdiviser celui-ci en très petites particules et mélanger de l'air avec ces très petites particules de combustible avant leur sortie de la tête distributrice pour obtenir non seulement une pulvérisation parfaite, mais aussi une vaporisation partielle du combustible. Une arrivée d'air secondaire est prévue sur les deux côtés des surfaces d'où l'air et le combustible mélangés sortent, afin d'assurer de l'air en abondance pour entretenir la combustion du combustible. Le mélange d'air et de combustible est éjecté avec force des orifices de la tête distributrice pour empêcher une combustion à l'intérieur de celle-ci.
Le brûleur est protégé de la chaleur de la chambre de combustion par l'application d'un écran convenable,tenu à une certaine distance de la tête , et des moyens sont prévus pour faire circuler de l'air à travers l'espace existant entre l'écran et ladite tête afin de maintenir basse la température de cet écran, ce qui protège ainsi la tête distributrice et prolonge la durée de l'écran. Les orifices de sortie de combustible sont disposés de manière à accélérer la réception du combustible et à effectuer une décharge radiale de celui-ci pour expul-
<Desc/Clms Page number 3>
ser de la tête distributrice, avant leur allumage, le combustible et l'air mélangés.
De plus, dans le fourneau de l'invention, le combustible et l'air sont soumis à une grande turbulence pour effectuer à l'intérieur de la chambre de combustion une combustion extrêmement rapide et intense d'où résulte une température extrêmement élevée dans cette chambre.
Sur les dessins ci-joints :
Fig, 1 représente, en coupe longitudinale, la partie supérieure du fourneau faisant l'objet de l'invention, avec le brûleur monté dedans ;
Fig. 2 est une coupe verticale, par le milieu, du brûleur et de la partie du fourneau qui y est immédiatement adjacente;
Fig. 3 est un,plan d'une portion du fourneau, représentant le registre circulaire de réglage de la fourniture d'air au fourneau;
Fig. 4 et 5 sont des coupes horizontales suivant 4-4 et 5-5, respectivement, Fig. 2;
Fig. 6 est une vue par en dessous d'un fragment du plateau de la tête distributrice;
Fig. 7 est un détail en coupe transversale, prise par le registre, suivant 7-7, 'Fig. 3;
Fig. 8 est une élévation latérale, avec arrachement, du fourneau faisant l'objet de l'invention, le brûleur étant représenté en plate ;
Fig. 9 est une coupe horizontale suivant 9-9, fig. 8, une partie de la paroi supérieure du fourneau étant arrachée.
B désigne le brûleur situé dans l'ouverture 0 exis-
<Desc/Clms Page number 4>
tant dans le ciel R du fourneau à tirage descendant F, la tête distributrice 1 du brûleur faisant saillie dans la chambre de combustion C. Le brûleur B est porté par une enveloppe convenable H qui est supportée par des rebords f, f, sur ce que l'on peut appeler un coffre de paroi, W, placé dans l'ouverture 0 et reposant sur le ciel R du fourneau. La tête distributrice de combustible 1 comprend un plateau circulaire, 2, au centre duquel se trouve un bossage perforé, 3, dans lequel est solidement fixé un tube 4 qui s'en élève et est monté, de manière à pouvoir tourner dedans, dans un support! descendant du dessus 6 de l'enveloppe H.
Le support comprend une section supérieure cylindrique 7 et une section inférieure 7' et, dans la section supérieure, se trouvent des roulements à billes 8 et 8', espacés l'un de l'autre, qui prennent tant la poussée verticale que la poussée latérale du tube 4 lorsque celui-ci est mis en rotation, comme on le verra.
Autour du bossage 3 du disque 2, une chambre réceptrice de combustible 9 est formée par une pièce annulaire 10 présentant une partie formant rebord, 11 , et une partie centrale tronconique 12 qui encercle le bossage 3 et la partie inférieure du tube 4. Le bossage 3 est évidé à la partie supérieure de sa surface interne de manière à constituer, autour du tube 4 , une cuvette 13 dans laquelle l'huile combustible est amenée par un tuyau d'alimentation 14 disposé à l'intérieur de l'enveloppe H et relié avec un tuyau 15 sortant de cette enveloppe et allant à une source convenable (non représentée) d'approvisionnement en combustible.
Une série de bossages 16 s'étendent de dehors en dedans tout autour de la périphérie du plateau 2, sur le des-
<Desc/Clms Page number 5>
sus de celui-ci, et une série de bossages 17 s'étendent de dehors en dedans tout autour de la périphérie de ce plateau, sur son dessous, et le rebord 11 de la pièce 10 est solidement boulonné contre les bossages 16, tandis qu'un plateau circulaire 18 (servant d'écran) est boulonné contre les bossages 17. Une seule série de boulons 19 , uniformément espacés, assujettissent en association intime ces trois éléments constitutifs de la tête distributrice. La forme des bossages 16 est telle qu'ils laissent entre eux des passages ou orifices 20 ayant la forme d'un angle.
Les parties internes a des orifices, communiquant avec la chambre ± approchent de la tangence à la paroi 12 de cette chambre, et les parties externes b de ces orifices sont radialement disposées par rapport à la périphérie de la tête distributrice-1 Les bossages 17 qui servent à tenir le pLateau 18 espacé du plateau 2 ont une forme similaire à celle des bossages 16 et, bien entendu, les passages 21 existant entre eux auront une forme similaire à celle des passages ou orifices 20. La raison pour laquelle cette forme est donnée à ces passages apparaîtra plus loin.
Sur le dessus, 22 , du rebord 11 , se trouvent une pluralité de nervures ou ailettes 23, radialement disposées, qui jouent le rôle d'ailes de ventilateur pour aspirer de l'air à la périphérie de la tête distributrice 1 lorsque le brûleur est en action. Un registre 24 est prévu dans la paroi de l'enveloppe H et est muni d'une crémaillère 25 pivotant en 26 , près de l'extrémité inférieure du registre, de façon à pouvoir prendre sur une lèvre 27 faisant saillie du rebord f pour tenir le registre dans l'une quelconque d'une série de positions d'ouverture pour régler la quantité d'air
<Desc/Clms Page number 6>
admise dans l'enveloppe H.
Comme cela a été expliqué cidessus, la tête distrioutrice de combustible 1 est supportée, de façon à pouvoir tourner, par le support 5, et est capaole d'être animée d'un rapide mouvement de rotation au moyen d'un moteur M à l'arbre 28 duquel le tube 4 est directement relié au moyen d'un accouplement comprenant des éléments 29 et 30 assujettis ensemble à une certaine distance l'un de l'autre au moyen de boulons 31 et de manchons filetés 32. L'espace 33, prévu entre les éléments d'accouplement 29, 30, permet à de l'air de pénétrer dans l'extrémité supérieure du tube 4, à travers lequel cet air passe à la surface interne du plateau 18 en prenant beaucoup de la chaleur de ce plateau avant de sortir des passages 21 existant entre les bossages 17.
Cette circulation d'air sur la surface interne du plateau 18 sert ainsi à maintenir basse la température de ce plateau, de sorte qu'il ne sera pas détruit par la chaleur de la chambre de combustion.
Afin qu'il y ait, à l'intérieur de la chambre de combustion C, une provision d'air suffisante pour maintenir la combustion du combustible dans toute cette chambre, il est prévu dans le ciel R du fourneau F, plusieurs ouvertures d'admission d'air, 34, coïncidant avec des ouvertures 34' existant dans la plaque de dessus, 35, du coffre de paroi W. Un registre annulaire 36, monté sur la plaque 35, au-dessus des ouvertures 34', y est retenu au moyen d'une série de galets uniformément espacés, 37, montés sur des axes portés par ladite plaque.
Le registre 36 est pourvu de plusieurs ouvertures 39 de la même dimension et du même espacement que les ouvertures 34' , de sorte qu'en imprimant à ce registre, au moyen d'une poignée 40 prévue à cet effet,
<Desc/Clms Page number 7>
la fraction de tour voulue, on peut fermer les ouvertures 34'ou les ouvrir entièrement. Le mouvement du registre 36 est limité par une cheville 41 faisant saillie de la plaque
35 et engagée dans une fente 42 existant au bord du regis- tre 36.
On remarquera que les bossages 16 vont en s'é- largissant légèrement vers la périphérie du plateau 2 et que les passages ou orifices b sont réduits d'une manière correspondante, comme dimension, vers la périphérie. Cela a pour but de limiter la largeur des passages, pour l'hui- le combustible, vers la périphérie du plateau, et d'obte- nir, par cela même, une action centrifuge maximum sur le courant, et le faire sortir avec une vitesse suffisante pour projeter les particules de combustible loin du plateau, et empêcher ainsi l'allumage du combustible dans les passages.
Le but visé en donnant à la partie interne a des passages une direction quelque peu tangentielle à la paroi 12 de la chambre 9 est de donner aux particules d'huile combustible une plus grande facilité d'accès aux passages, à mesure que le plateau tourne rapidement dans le sens de la flèche (Fig.
5). Toutefois, les passages ne doivent pas être tangentiels à leurs extrémités de sortie, parce que l'invention a pour objet d'expulser le mélange de combustible et d'air aussi loin que possible de la tête distributrice, et qu'un ori- fice de sortie tangentiel ferait que le mélange combusti- ble enserrerait la périphérie de cette tête. C'est pour cette raison que les parties externes b des passages, sont disposées radialement par rapport à la tête distributrice.
Cette disposition empêche également la formation, à l'inté- @ rieur de la tête distributrice 1, de tourbillons par les-
<Desc/Clms Page number 8>
quls les flammes extérieures à cette tête pourraient être aspirées dans celle-ci et causer une combustion prématurée.
Le fourneau comprend (voir Fig. 8) une paroi externe 43 et un fond 44 , en matière réfractaire convenable, qui, concurremment avec le ciel R, enferment la chambre de combustion C au centre de laquelle s'élève du fond 44 une colonne réfractaire 45. Comme cette colonne 45 est cylindrique, elle donne à la chambre de combustion C une forme annulaire et ladite colonne se termine à une courte distance du dessous 46 du ciel R, qui forme le plafond de la chambre de combustion, de manière à laisser un espace 47 pour recevoir la tête distributrice de combustible 1. La partie périphérique 47' de l'espace 47 sert évidemment d'entrée au combustible dans la chambre de combustion C.
Une sortie 48, pour les produits de combustion, est formée dans la paroi 43 , à travers un prolongement 43' de celleci, cette sortie partant du bas de la chambre de combustion C, de façon à se trouver à quelque distance, dans le sens vertical, de l'entrée 47'.
Un tuyau d'amenée d'air 49, commandé par une valve 50, débouche dans un conduit d'air 51 passant à travers le centre de la colonne 45. Ainsi, en réglant la valve 50, on fera que de l'air, en quantités mesurées, sera conduit à la tête distributrice de combustible 1. Comme cela a été dit ci-dessus, cette tête est capable d'être animée d'un mouvement de rotation rapide par le moteur M auquel elle est directement reliée.
Le fonctionnement du fourneau et du brûleur est le suivant : combustible est amenée par le tuyau 14 dans la cuvette 13 , autour du tube 4 , d'où elle est expulsée
<Desc/Clms Page number 9>
par la force centrifuge, après quoi elle vient frapper sur la surface conique interne de la paroi 12 de la chambre réceptrice 9. L'action centrifuge fait que l'huile s'étale sur cette surface en une très mince pellicule qui devient plus pulvérisée à mesure que l'huile approche de l'intérieur du rebord 11 où elle pénètre dans les passages 20, entre les bossages 16 . Naturellement, de l'air est mélangé avec l'huile, à mesure qu'elle sort de la cuvette 13 , et, lorsque l'huile atteint les passages 20, elle est encore davantage brisée et mélangée avec de l'air par l'action de ventilation des bossages 16.
Evidemment, les passages 20 reçoivent tous à peu près la même quantité d'huile et d'air en raison de la distribution uniforme de ceux-ci par la force centrifuge et, en raison de la disposition radiale de la partie externe b des passages 20 et des sorties resserrées des passages, qui jouent le rôle de tuyères, ce mélange combustible est éjecté sous une force considérable desdits passages, au moment où l'huile passe à travers les passages 20, et est sur le point d'en sortir. Non seulement elle est uniformément distribuée autour de la tête distributrice de combustible 1, mais est également à l'état de très fine division, ou pulvérisation, de sorte qu'elle peut être très aisément et rapidement vaporisée au moment où elle pénètre dans la chambre de combustion C.
En plus de l'air qui sort des passages 20 avec l'huile, il y a deux autres alimentations en air pour assurer une pulvérisation et une combustion complètes à la tête distributrice. L'une de ces alimentations en air est créée par les ailes de ventilateur 23 s'élevant du rebord 11 , et elle pénètre dans la chambre de combustion C sous la forme d'une nappe, immédiatement
<Desc/Clms Page number 10>
au-dessus du mélange combustible. L'autre alimentation en air sort des passages 21 , entre le plateau 2 et le plateau- écran 18, et pénètre dans la chambre de combustion C en une pluralité de jets immédiatement au-dessous du mélange combustible sortant des passages 20.
Ainsi, le mélange combustible pénètre dans la chambre de combustion C entre deux provisions d'air pour assurer une quantité d'air suffisante pour pulvériser complètement le combustible et obtenir un allumage effectif. Naturellement, la combustion continue dans la chambre de combustion et on pourrait obtenir, en réglant le registre 36 et au moyen du conduit 51 , l'air supplémentaire pour aider la combustion dans cette chambre.
Ainsi, il y a trois alimentations en air pour le combustible, la provision d'air primaire arrivant dans la chambre de combustion intimement mélangée avec le combustible sortant de la tête de distribution 1 et la provision d'air secondaire pénétrant dans la chambre de combustion sur les deux côtés du brouillard de combustible et d'air mélangés sortant de la tête distributrice 1 . Le demandeur a trouvé que, dans la pratique,la quantité d'air primaire doit être entre 20 % et 50 % de la fourniture entière d'air requise pour une combustion complète, la quantité d'air secondaire n'étant , naturellement, pas aussi critique, pourvu qu'il y ait suffisamment d'air secondaire pour achever la combustion du combustible.
La vitesse avec laquelle l'air secondaire passe dans la chambre de combustion est augmentée par les ailettes 23 prévues sur le rebord 11. La provision d'air pénétrant dans la chambre de combustion au-dessous du mélange combustible sert également à maintenir basse la température du plateau 18 qui sert d'écran protecteur pour le
<Desc/Clms Page number 11>
brûleur, afin d'empêcher la destruction de celui-ci par la chaleur intense de la chambre de combustion C.
La grande vitesse de rotation de la tête distributrice 1 est cause d'une turbulence extrême dans la chambre de combustion C. Cette turbulence accélère le mélange du combustible pulvérisé et de l'air, de sorte que l'on obtient un mélange explosif presque aussitôt que le combustible et l'air pénètrent dans la chambre de combustion C. Par conséquent, la combustion s'effectue immédiatement et continuellement, à mesure que les gaz mélangés reçoivent un mou- vement tourbillonnant en descendant à travers la chambre de combustion.