<Desc/Clms Page number 1>
Procédé pour brûler un combustible liquide, notamment un combus- tible peu volatil, et brûleur combiné à pulvérisation et à vapo- risation.
La présente invention est relative à un procédé pour brûler un combustible liquide , notamment un combustible peu volatil, et un brûleur convenant à cet effet.
Dans les brûleurs à vaporisation de construction connue, il est nécessaire de chauffer préalablement le brûleur avec de l'alcool à brûler ou un combustible volatil similaire. Ce chauffage préalable à l'aide de ces combustibles est compliqué, long, coûteux et présente des risques d'incendie. Lorsqu'on ne dispose pas de com bustibles volatils, l'utilisation d'un brûleur à vaporisation est compromise. Ces inconvénients sont évités grâce à la présente invention.
Le but de la présente invention est de brûler un unique combustible liquide, de préférence peu volatil, et de créer un brûleur fonctionnant à la fois par pulvérisation et vaporisation.
Elle est fondée sur les considérations suivantes:
Pour faire brûler un combustible peu volatil insuffisamment chauffé, il importe d'amener ce combustible à un état convenant à
<Desc/Clms Page number 2>
la combustion. A cet effet, on utilise un brûleur à pulvérisation dont la partie essentielle est constituée par une chambre de mé- lange et qui est destiné à former une sorte de dispersion composée d'air comprimé et de combustible liquide (mousse ou brouillard).
Etant donné qu'on envisage l'utilisation de combustibles présen- tant des viscosités diverses, il est avantageux de prévoir une chambre de mélange réglable, c'est-à-dire une chambre à volume réglable, pour pouvoir réaliser une dispersion suffisante dans des conditions variables. Pour les combustibles à viscosité importante la capacité de la chambre de mélange doit être réduite.
Pour les combustibles à viscosité plus faible, elle doit être augmentée. La combustion prolongée d'un combustible pulvérisé n'est pas souhaitable à cause de la combustion incomplète. C'est pour cette raison que, dans le brûleur suivant l'invention, la chaleur produite par la combustion d'un combustible pulvérisé n'est utilisée que pour amorcer la vaporisation d'un combustible peu volatil.
.après un chauffage préalable suffisant, les combustibles peu volatils atteignent des températures auxquelles ils s'évapo- rent. Lorsque ces températures sont atteintes, on obtient un taux de dispersion qui permet la combustion sans l'aide d'opéra- tions auxiliaires telles que la pulvérisation par l'air. Bien entendu, il est possible de passer brusquement de la combustion par pulvérisation à la combustion par vaporisation, ou d'effectuer ce passage progressivement, la combustion au cours du passage ayant lieu avec du combustible en partie pulvérisé et en partie vaporisé.
Pour amorcer la vaporisation désirée, il est nécessaire de transmettre à un dispositif de chauffage préalable la chaleur produite par la combustion du combustible pulvérisé. Pour la combustion par pulvérisation et la combustion par vaporisation on peut prévoir des tuyères différentes ou une tuyère commune.
L'utilisation de l'un ou de l'autre de ces agencements dépend essentiellement du genre de combustible peu volatil qui doit être brûlé. S'il s'agit de combustibles qui ne laissent que peu de
<Desc/Clms Page number 3>
résidus pendant le chauffage pour la vaporisation, on utilise de préférence des brûleurs comportant une seule tuyère. Par contre, s'il s'agit de combustibles ayant une plus forte tendance à la formation de résidus, il est préférable d'utiliser des brûleurs à tuyères séparées pour la combustion par pulvérisation et pour la combustion par vaporisation.
On décrira ci-après quelques modes de réalisation de brûleurs destinés à l'amorçage et à l'entretien de la combustion d'un unique combustible, de préférence peu volatil tel que l'huile lourde. Pour l'obtention du résultat désiré, il est essentiel d'utiliser des tuyères de chambre de mélange. On décrira donc tout d'abord ces tuyères, en regard des figures 1,2 et 3. Les figures 4 à 8 représentent les brûleurs complets sous plusieurs formes différentes.
Dans le cas de la figure 1, la chambre de mélange 3 est constituée par la tubulure 4 et l'écrou en godet 1 à évidement conique, le volume de la chambre de mélange pouvant être déter- miné par un fond interchangeable 2. Dans le fond 2 de la chambre sont pratiqués au moins deux canaux, dont l'un est le canal 6 pour le passage de l'air comprimé, et dont l'autre reçoit le conduit adducteur de combustible 7, faisant office de conduit élévateur.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le fond 2 est taillé en double cône pour l'établissement d'un joint étanche, d'une part avec la tubulure 4, d'autre part avec le bord 8 de la chambre Les deux cônes peuvent présenter des angles au sommet différents, ce qui permet de modifier le volume de la chambre de mélange par simple retournement du fond 2, et un changement de l'orientation du tube élévateur.
Si on refoule de l'air dans un réservoir à combustible non représenté sur la figure 1, on obtient une pression qui fait ar- river l'air comprimé par le canal 6 et le combustible par le con- duit élévateur 7 dans la chambre de mélange 3. Il en résulte une dispersion d air et de combustible qui, sous l'action de la pression, s'échappe à l'air libre par l'orifice de sortie 5 de
<Desc/Clms Page number 4>
la chambre de mélange. Au delà de cet orifice 5 est de préférence agencé un collecteur de flamme 9. Le but de ce collecteur est, d'une part de limiter le cône de la flamme, d'autre part d'agir favorablement par accumulation de chaleur, surtout au début de la combustion par pulvérisation, et ultérieurement lors du ré- allumage d'un mélange de vapeur de combustible et d'air.
Dans le cas de la fig.2, le fond de la chambre n'est pas constitué par un élément à double cône, mais par une pièce filetée qu'on peut plus ou moins visser dans la chambre de mélange du godet 1, pour faire varier le volume de cette chambre en fonc- tion de la quantité du combustible.
Alors que les canaux de passage de l'air comprimé et du combustible sont parallèles sur les figures 1 et 2, la figure 3 montre un dispositif dans lequel l'air arrivant par le canal 10 frappe perpendiculairement le combustible qui arrive par le con- duit élévateur 7, tandis que le mélange passe ensuite par le canal d'injection 11.
Les figures 4, 5, 6 et 7 représentent des modes de réali- sation de brûleurs qui comportent une tuyère commune pour la combustion par pulvérisation et pour la combustion par vaporisa- tion. Par contre, la fig. 8 montre un mode de réalisation équipé de tuyères séparées pour la combustion par pulvérisation et la combustion par vaporisation.
Dans le cas de la fig. 4, le réservoi 12 contient le combustible qui doit être d'abord pulvérisé et ensuite vaporisé.
Après la compressiez de l'air, cet air comprimé ainsi que le com- bustible arrivent par le fond 2 dans la chambre de mélange 3 et, après ouverture du robinet régulateur de pulvérisation 20, dans la tuyère de pulvérisation 15 qui débouche dans le collecteur de flamme 9. Devant le collecteur de flamme 9 est placé un dispositif de chauffage préalable 26, qui se présente sous la forme d'un serpentin tubulaire de préférence logé dans une enveloppe tubu- laire 24. Ce dispositif de chauffage préalable est relié d'une part au réservoir à combustible 12, de préférence à l'aide d'un raccord 13, d'autre part à la tuyère 15 du brûleur par l'inter- médiaire du robinet régulateur 21. Après l'allumage du mélange
<Desc/Clms Page number 5>
pulvérisé, le combustible que contient le serpentin est chauffé.
Après un chauffage préalable suffisant, on ouvre le robinet 21 de sorte que le combustible peut passer du serpentin par le con- duit 14 dans la tuyère 15 du brûleur.
Le principe du dispositif que montre la figure 5 ne diffè- re pas de celui décrit en regard de la figure 4. La principale différence d'ordre constructif entre ces deux modes de réalisation consiste en ce que, danâ le cas de la figure 4, le robinet régula- teur de pulvérisation 20 est disposé côte à côte avec le robinet régulateur 21 pour la combustion par vaporisation, tandis que, dans le cas de la fig. 5, les deux robinets sont montés coaxiale- ment. Une autre différence etre xxxxx ces deux modes de réali- sation consiste en ce que le fond de la chambre de mélange de la fig. 4 est agencé comme le montre la fig.2, tandis que le fond de la chambre de la fig. 5 est agencé de la manière indiquée Sur la fig. 3.
Lors de la mise en marche du brûleur, par ouverture du robinet régulateur de pulvérisation 20, le mélange de combustible et d'air arrive par le canal commun 11 et passe par des canaux radiaux 22 dans la broche creuse 23 du robinet régulateur 21, et ensuite dans la tuyère 15 du brûleur. Après le chauffage préalable on ouvre le robinet régulateur 21 et on ferme le robinet régula- teur de pulvérisation 20, de sorte que le combustible passe par le serpentin de chauffage préalable 26 dans la chambre 25 du robinet, et ensuite dans la tuyère 15 du brûleur.
Les modes de réalisation des figures 4 et 5 peuvent être utilisés avantageusement lorsqu'il s'agit de brûler des combus- tibles qui ne laissent pas ou seulement peu de résidus dans le serpentin pendant le chauffage préalable. Par contre, si on utilise dans l'appareil de la fig. 4 des combustibles formant des dépôts plus importants, ces dépôts obstruent assez rapide- ment le serpentin tubulaire. Il en résulte alors des surchauf- fages locaux, et la formation de résidus très difficiles à éli- miner.
Les figures 6 et 7 représentent schématiquement des brûleurs dont le but est de faciliter le nettoyage et de réunir
<Desc/Clms Page number 6>
autant que possible les organes remplssant la même fonction. Dans ces modes de réalisation, tous les éléments qui sont exposés à l'encrassage pendant le fonctionnement sont facilement accessibles et peuvent donc être facilement nettoyés. Par nettoyage facile, on entend dans ce cas le nettoyage à l'aide de dispositifs auxi- liaires mécaniques.
Dans le cas de la fig. 6, les canaux 6 et 7 font arriver l'air et le combustible dans la chambre de mélange 3. En 2 est indiqué schématiquement le fond de la chambre. Après ouverture du robinet régulateur de pulvérisation 20, la dispersion arrive par le canal commun 11 dans la tuyère 15 du brûleur. Le combustible destiné à être brûlé par vaporisation passe par le conduit 14 dans le dispositif de chauffage préalable 28 formé par des cuvet- tes inférieure et supérieure 16, 17. Le combustible sortant de ce dispositif passe à travers le robinet ouvert 21 dans le canal d'arrivée commun 11, et ensuite dans la tuyère 15 du brûleur.
Alors que le collecteur de flamme 9 fait office d'accumulateur de chaleur pour le maintien de la combustion, la couronne 25 du brûleur assure une bonne transmission de la chaleur au dispo- sitif de chauffage préalable constitué par les cuvettes inférieure et supérieure 16,17. Dans la couronne sont pratiquées des ouver- tures d'entrée d'air 27. Après retrait de la cuvette supérieure 17, démontage éventuel des chapeaux vissés 29, dévissage des broches des robinets 20 et 2l, du bouchon obturateur 19, et dévissage éventuel de la tuyère 15 du brûleur, tous les conduits d'arrivée importants sont accessibles et peuvent être nettoyés par des opérations mécaniques.
Le mode de réalisation de la fig. 7 se distingue de celui de la fig. 6 en ce sens qu'on a supprimé le canal adducteur de combustible 7, qui est prévu spécialement dans le mode de réali- sation précédent pour assurer l'arrivée du combustible. Au début de la combustion, il se produit néanmoins une dispersion de com- bustible et d'air au point où le canal à air comprimé 6 passe en regard du canal à combustible 14. La dispersion une fois préparée passe ensuite par le canal commun 11 dans la tuyère 15 du brûleur.
<Desc/Clms Page number 7>
' Les figures 4,5,6 et 7 montrent des modes de réalisation comportant une tuyère de brûleur unique pour la combustion par pulvérisation et la compression par vaporisation. Il n'est pas nécessaire d'effectuer la combustion d'amorçage et la combustion de fonctionnement à l'aide d'une tuyère unique. Au contraire, ainsi que l'indique la fig. 8, on peut également prévoir une tuyère séparée pour chaque mode de combustion. Dans un agencement de ce genre des différents dispositifs, il est alors seulement nécessaire que les gaz de combustion ou la flamme elle-même soient dirigés du brûleur à pulvérisation sur un dispositif de chauffage préalable.
Le brûleur à pulvérisation reçoit de l'air comprimé par le canal 6, et du combustible par le conduit 7 formé par un tube élévateur, tous les deux prévus dans le fond 2 de la chambre de mélange 3, l'air et le combustible traversant cette chambre pour arriver à la tuyère 15 du brûleur combiné avec un collecteur de flamme 9. Les produits de combustion ou la flamme frappent un organe destiné à la combustion par vaporisation. Le conduit 14 fait arriver le combustible dans le dispositif de chauffage préalable constitué par une cuvette inférieure 16 et une cuvette supérieure 17 réunies par un chapeau fileté 18. Dans la chambre de chauffage préalable 28, le combustible est suffisamment chauffé et passe ensuite par l'autre branche du conduit 14 dans le robinet régulateur 21 pour arriver enfin à la tuyère 30 du brûleur.
La couronne 25 du brûleur accumule la chaleur du dispositif de chauf- fage préalable proprement dit. Après dévissage du chapeau 18, du bouchon obturateur 19, et de la broche du robinet 21, cet agence- ment permet également de procéder au nettoyage mécanique.
Dans des conditions climatiques normales, le brûleur à pulvérisation et à vaporisation fonctionne d'une manière irré- prochable. S'il doit être utilisé à des températures ambiantes particulièrment réduites, on ménage de préférence la possibilité de l'utilisation d'un combustible volatil pour la combustion par pulvérisation, même dans les climats arctiques. Par construction, on peut atteindre ce but en pratiquant dans le fond de la chambre un ou plusieurs canaux pour l'arrivée d'un combustible volatil.
<Desc/Clms Page number 8>
Un brûleur à pulvérisation et vaporisation équipé de cette manière constitue dans des conditions normales un appareil pour la combus- tion d'un seul combustible, en l'espèce d'un combustible peu volatil, et dans les conditions arctiques, un appareil pour la combustion d un/combustible très volatil, ceci pour l'établissement de conditions normales et, lorsque ces conditions sont atteintes, pour la combus- tion d'un combustible peu volatil.
<Desc / Clms Page number 1>
A method of burning a liquid fuel, especially a low volatility fuel, and a combined atomizing and vaporizing burner.
The present invention relates to a process for burning a liquid fuel, in particular a fuel with low volatility, and a burner suitable for this purpose.
In vaporization burners of known construction, it is necessary to preheat the burner with methylated spirits or a similar volatile fuel. This preheating using these fuels is complicated, long, expensive and presents a fire risk. When volatile fuels are not available, the use of a vaporizer burner is compromised. These drawbacks are avoided by virtue of the present invention.
The object of the present invention is to burn a single liquid fuel, preferably of low volatility, and to create a burner operating both by spraying and vaporization.
It is based on the following considerations:
To burn an insufficiently heated low-volatility fuel, it is important to bring this fuel to a state suitable for
<Desc / Clms Page number 2>
combustion. To this end, a spray burner is used, the essential part of which consists of a mixing chamber and which is intended to form a sort of dispersion composed of compressed air and liquid fuel (foam or mist).
Since the use of fuels having various viscosities is envisaged, it is advantageous to provide an adjustable mixing chamber, that is to say a chamber with adjustable volume, in order to be able to achieve a sufficient dispersion in variable conditions. For high viscosity fuels, the capacity of the mixing chamber must be reduced.
For fuels with lower viscosity, it must be increased. Prolonged combustion of a pulverized fuel is undesirable due to incomplete combustion. It is for this reason that, in the burner according to the invention, the heat produced by the combustion of a pulverized fuel is only used to initiate the vaporization of a fuel with low volatility.
after sufficient preheating, low volatility fuels reach temperatures at which they evaporate. When these temperatures are reached, a rate of dispersion is obtained which permits combustion without the aid of auxiliary operations such as air spraying. Of course, it is possible to switch abruptly from combustion by spraying to combustion by vaporization, or to effect this passage gradually, the combustion during the passage taking place with fuel which is partly pulverized and partly vaporized.
To initiate the desired vaporization, it is necessary to transmit to a preheater the heat produced by the combustion of the pulverized fuel. For combustion by spraying and combustion by vaporization, it is possible to provide different nozzles or a common nozzle.
The use of either of these arrangements depends primarily on the kind of low volatility fuel that is to be burned. In the case of fuels that leave little
<Desc / Clms Page number 3>
residues during heating for vaporization, burners with a single nozzle are preferably used. On the other hand, in the case of fuels having a greater tendency for the formation of residues, it is preferable to use burners with separate nozzles for the combustion by spraying and for the combustion by vaporization.
A few embodiments of burners intended for the initiation and maintenance of the combustion of a single fuel, preferably of low volatility such as heavy oil, will be described below. For obtaining the desired result, it is essential to use mixing chamber nozzles. These nozzles will therefore be described first, with reference to FIGS. 1, 2 and 3. FIGS. 4 to 8 represent the complete burners in several different forms.
In the case of FIG. 1, the mixing chamber 3 consists of the tubing 4 and the cup nut 1 with conical recess, the volume of the mixing chamber being able to be determined by an interchangeable bottom 2. In the At the bottom 2 of the chamber, at least two channels are formed, one of which is the channel 6 for the passage of compressed air, and the other of which receives the fuel adductor duct 7, acting as an elevator duct.
In the embodiment of Figure 1, the bottom 2 is cut into a double cone for establishing a tight seal, on the one hand with the pipe 4, on the other hand with the edge 8 of the chamber. cones can have different angles at the top, which makes it possible to modify the volume of the mixing chamber by simply turning the bottom 2 upside down and changing the orientation of the lifting tube.
If air is forced into a fuel tank, not shown in FIG. 1, a pressure is obtained which brings the compressed air through channel 6 and the fuel through the lifting duct 7 into the chamber. mixture 3. The result is a dispersion of air and fuel which, under the action of pressure, escapes to the open air through the outlet port 5 of the
<Desc / Clms Page number 4>
the mixing chamber. Beyond this orifice 5 is preferably arranged a flame collector 9. The purpose of this collector is, on the one hand to limit the cone of the flame, on the other hand to act favorably by accumulation of heat, especially at start of combustion by spraying, and subsequently upon reignition of a mixture of fuel vapor and air.
In the case of fig. 2, the bottom of the chamber is not constituted by a double cone element, but by a threaded part that can be more or less screwed into the mixing chamber of cup 1, to make vary the volume of this chamber as a function of the quantity of fuel.
While the compressed air and fuel passage channels are parallel in Figures 1 and 2, Figure 3 shows a device in which the air arriving through the channel 10 strikes the fuel arriving through the conduit perpendicularly. elevator 7, while the mixture then passes through the injection channel 11.
Figures 4, 5, 6 and 7 show embodiments of burners which have a common nozzle for spray combustion and for vaporization combustion. On the other hand, FIG. 8 shows an embodiment equipped with separate nozzles for spray combustion and vaporization combustion.
In the case of fig. 4, the reservoir 12 contains the fuel which must first be pulverized and then vaporized.
After compressing the air, this compressed air as well as the fuel enters the bottom 2 into the mixing chamber 3 and, after opening the spray regulator valve 20, into the spray nozzle 15 which opens into the manifold. flame 9. In front of the flame collector 9 is placed a preheater 26, which is in the form of a tubular coil preferably housed in a tubular casing 24. This preheater is connected to on the one hand to the fuel tank 12, preferably by means of a connector 13, on the other hand to the nozzle 15 of the burner via the regulating valve 21. After ignition of the mixture
<Desc / Clms Page number 5>
sprayed, the fuel in the coil is heated.
After sufficient preheating, the valve 21 is opened so that the fuel can pass from the coil through the line 14 into the nozzle 15 of the burner.
The principle of the device shown in Figure 5 does not differ from that described with reference to Figure 4. The main constructive difference between these two embodiments consists in that, in the case of Figure 4, the regulating spray valve 20 is disposed side by side with the regulating valve 21 for vaporization combustion, while in the case of FIG. 5, the two taps are mounted coaxially. Another difference being xxxxx these two embodiments consists in that the bottom of the mixing chamber of FIG. 4 is arranged as shown in fig.2, while the bottom of the chamber of fig. 5 is arranged as shown in FIG. 3.
When the burner is started, by opening the spray regulator valve 20, the fuel and air mixture arrives through the common channel 11 and passes through radial channels 22 into the hollow spindle 23 of the regulator valve 21, and then in the nozzle 15 of the burner. After the preheating, the regulating valve 21 is opened and the atomizing regulating valve 20 is closed, so that the fuel passes through the preheating coil 26 into the valve chamber 25, and then into the nozzle 15 of the burner. .
The embodiments of Figures 4 and 5 can be used to advantage when it comes to burning fuels which leave no or only little residue in the coil during preheating. On the other hand, if one uses in the apparatus of FIG. As the fuels form larger deposits, these deposits quite quickly clog the tubular coil. This then results in local overheating and the formation of residues which are very difficult to eliminate.
Figures 6 and 7 schematically represent burners whose purpose is to facilitate cleaning and to bring together
<Desc / Clms Page number 6>
as far as possible the organs performing the same function. In these embodiments, all of the items which are exposed to fouling during operation are easily accessible and therefore can be easily cleaned. By easy cleaning is meant in this case cleaning with the aid of mechanical auxiliaries.
In the case of fig. 6, the channels 6 and 7 bring the air and the fuel into the mixing chamber 3. At 2 is schematically indicated the bottom of the chamber. After opening the spray regulator valve 20, the dispersion arrives through the common channel 11 in the nozzle 15 of the burner. The fuel intended to be burnt by vaporization passes through the pipe 14 into the preheater 28 formed by lower and upper cups 16, 17. The fuel leaving this device passes through the open valve 21 in the channel d. common arrival 11, and then in the nozzle 15 of the burner.
While the flame collector 9 acts as a heat accumulator for maintaining combustion, the crown 25 of the burner ensures good heat transmission to the pre-heating device formed by the lower and upper cups 16,17. . Air inlet openings 27 are made in the crown. After removal of the upper cup 17, possible removal of the screw caps 29, unscrewing of the pins of the valves 20 and 21, of the blanking plug 19, and possible unscrewing of the screw cap. burner nozzle 15, all important inlet ducts are accessible and can be cleaned by mechanical operations.
The embodiment of FIG. 7 differs from that of FIG. 6 in the sense that the fuel adductor channel 7, which is specially provided in the previous embodiment has been omitted to ensure the arrival of fuel. At the start of combustion, however, a dispersion of fuel and air occurs at the point where the compressed air channel 6 passes opposite the fuel channel 14. The dispersion, once prepared, then passes through the common channel 11. in the nozzle 15 of the burner.
<Desc / Clms Page number 7>
Figures 4, 5, 6 and 7 show embodiments having a single burner nozzle for spray combustion and spray compression. It is not necessary to perform priming combustion and operating combustion using a single nozzle. On the contrary, as shown in fig. 8, it is also possible to provide a separate nozzle for each combustion mode. In such an arrangement of the various devices, it is then only necessary that the combustion gases or the flame itself be directed from the spray burner onto a preheater.
The atomizing burner receives compressed air via channel 6, and fuel via conduit 7 formed by a lifting tube, both provided in the bottom 2 of the mixing chamber 3, the air and the fuel passing through. this chamber to arrive at the nozzle 15 of the burner combined with a flame collector 9. The combustion products or the flame strike a member intended for combustion by vaporization. The conduit 14 brings the fuel into the preheating device consisting of a lower bowl 16 and an upper bowl 17 joined by a threaded cap 18. In the preheating chamber 28, the fuel is sufficiently heated and then passes through the another branch of the pipe 14 in the regulating valve 21 to finally arrive at the nozzle 30 of the burner.
The crown 25 of the burner accumulates the heat of the preheater itself. After unscrewing the cap 18, the blanking plug 19, and the valve spindle 21, this arrangement also allows mechanical cleaning to be carried out.
Under normal climatic conditions, the atomizing and vaporizing burner operates flawlessly. If it is to be used at particularly low ambient temperatures, the possibility of using a volatile fuel for spray combustion is preferably provided even in arctic climates. By construction, we can achieve this goal by making in the bottom of the chamber one or more channels for the arrival of a volatile fuel.
<Desc / Clms Page number 8>
A spray and vaporization burner equipped in this way constitutes under normal conditions an apparatus for the combustion of a single fuel, in this case a low volatile fuel, and in arctic conditions an apparatus for combustion. d a very volatile fuel, this for the establishment of normal conditions and, when these conditions are reached, for the combustion of a fuel with low volatility.