<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX BRULEURS A COMBUSTIBLES FLUIDES A GRANDE VITESSE.
La présente invention est relative à des perfectionnements apportés aux brûleurs pour combustibles fluides et en particulier à un brûleur à combustible fluide animé d'une grande vitesse et susceptible d'une grande variété d'applications domestiques, industrielles et autres applications thermique s.
Ie s brûleurs classiques, utilisant de s combustibles fluides, comme par exemple lesbrùleurs à mazout du type connu dans les pays de langue anglaise sous le nom de "gun" et "pot", sont presque toujours d'un type approprié pour débiter des produits de combustion gazeux chauds à une vitesse inférieure à celle d'une propagation de flamme du combustible amené au brûleur. Dans les brûleurs de ce type, la vite sse de s gaz pendant la combustion ne peut pas excéder la vitesse de propagation de flamme du combustible amené au brûleur, car de s vitesses supérieure s provoqueraient l'extinction de la flamme.
La plupart de ces brûleurs à faible vitesse, comme le brûleur "gun", ne sont pas réellement de vrais brûleurs, parce que la combustion principale n'a pas lieu à l'intérieur de l'ensemble du "brüleur". Les organes de l'ensemble du brûleur mélangent plutôt simplement le combustible avec l'air de combustion, et projettent le mélange combustible dans un grand foyer ou chambre de combustion similaire séparés du brüleur ainsi désigné , et c'est dans cette chambre qu'a lieu la combustion principale. Bien que ces ensembles de brûleurs puissent comprendre, et comprennent souvent, un dispositif d'inflammation du mélange, ce dispositif d'inflammation est placé très près de l'extrémité d'éjection de l'appareil, et la partie importante de la combustion se produit au delà de la partie de l'appareil qui effectue le mélange.
Il en résulte une flamme qui souffre sensiblement d'une absence de contrôle, cette flamme exigeant un espace de combustion relativement grand pour y brûler, cet espace devant être protégé soigneusement contre lescourants de l'air et les perturbations similaires susceptibles de troubler facilement la sensibilité de la grande expansion de la flamme qui n'est pas contrôlée. Ces caractéristiques d'un brûleur typique à faible vitesse exigent que l'appareil qui les comporte
<Desc/Clms Page number 2>
ait une chambre de combustion convenablement étanche et des dimensions ap-propriées, et quand on l'intègre dans un matériel existant, il est nécessaire de garnir la totalité de la chambre de combustion d'une matière réfractaire, afin d'assurer une combustion convenable et complète et de calorifuger la chambre de combustion d'une manière appropriée.
Un des buts de la présente invention est la réalisation d'un brûleur à combustible fluide perfectionné susceptible de débiter des produits de combustion gazeux chauds à des vitesses relativement élevées; ce brûleur fonctionne avec une flamme commandée facilement et complètement ayant des dimensions relativement petites; ce brûleur ne dépend pas, pour fbnctionner convenablement, des caractéristiques de l'appareil avec lequel il peut être utilisé , ce brûleur possède un haut rendement et reste propre pendant son fonctionnement, la vitesse de combustion et la température de la flamme pouvant varier facilement ;ce brûleur est simple et économique à fabriquer.
Conformément à la présente invention, on obtient les buts et avantages précités ainsi que d'autres dans un brûleur à combustible fluide, dans lequel la combustion débute à l'intérieur de l'ensemble du brûleur à un point de l'écoulement gazeux ayant une vitesse sensiblement nulle, même si la vitesse de l'écoulement gazeux adjacent à ce point dépasse considérablement la vitesse de propagation de la flamme du combustible amené au brûleur, le dispositif étant réalisé de manière que la plus grande partie de la combustion ait lieu à l'intérieur de l'ensemble du brûleur. Un manchon de matière réfractaire placé à l'extrémité d'éjection de l'appareil permet l'achèvement de la combustion.
On réalise ainsi un brûleur à combustible au sens strict du mots dans lequel la flamme est commandée par le brûleur plutôt que par des facteurs extérieurs au brûleur.
Pour mieux faire comprendre l'invention on se référera à la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté sur le dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une élévation de coté partiellement en coupe transversale d'un ensemble de brûleurs construits conformément à la présente invention.
Ia figure 2 est une élévation d'une extrémité de l'ensemble du brûleur représenté sur la figure 1, à une échelle réduite.
La figure 3 est une vue en élévation partielle latérale de la partie représentant l'alimentation en combustible d'un ensemble de brüleur organisé conformément à l'invention pour brûler un combustible gazeux.
Comme le brûleur à combustibles fluides se prête bien à une utilisation dans de s installations dites de "transformation", dans lesquelles un foyer ou une chaudière à' air chaud, brûlant du charbon, doivent être munis d'un brûleur à combustible fluide commandé automatiquement pour supprimer le dispositif brûlant le combustible solide, on décrira l'invention dans son application à un brûleur de ce type. De même, bien que ce brûleur puisse fonctionner aussi bien avec du combustible gazeux qu'avec du combustible liquide atomisé, on le décrira principalement comme prévu pour brûler du combustible liquide.
Sur la figure 1, on voit un ensemble de brûleur de transformation, qui peut comprendre un support 10 sur lequel est monté un carter allongé 12 qui contient les différents organes constituant la tête du brûleur, comme il est décrit ci-après. Dans les installations ne permettant pas de monter l'ensemble sur le sol, on peut utiliser pour le montage une plaque 14 à l'extrémité d'échappement du carter 12, avec des boulons fixant ladite plaque sur le bord d'un orifice, qui y est pratiqué ou d'un dispositif analogue, du dispositif de chaudière ou de foyer à air chaud avec lesquels l'ensemble doit être utilisé.
<Desc/Clms Page number 3>
Un capot 16, monté sur le cote supérieur du coffrage 12, contient une soufflerie ou un ventilateur 18 du type sirocco, pour débiter de l'air, à une vitesse relativement élevée, à la partie de l'ensemble uti- lisée pour la combustion. Le moteur classique 20 actionne à la fois le ventilateur 18 et une pompe à combustible 22, ce moteur étant fixé d'une manière appropriée sur un coté du capot 16. Ce capot porte aussi d'autres organesaccessoires, comme un transformateur 23 alimentant à une tension convenable l'allumage du brûleur, et, une soupape 24 commandant le débit du combustible . On monte dans un orifice 28 pratiqué dans un flanc du ca- pot 16, un registre 26 susceptible de pivoter pour commander l'alimenta- tion d'air à l'ensemble.
On peut aussi bien placer ce registre 26 à l'ad- mission ou ventilateur 18.
Le capot 16 communique avec l'intérieur du carter 12 par l'orifice 28, pour envoyer l'air du ventilateur 18 à la partie de l'ensem- ble utilisé pour la combustion. Pour la commodité de l'exposition de l'in- vention, la partie du carter 12 recevant l'air envoyé par le ventilateur
18 sera désignée ci-après sous le nom d'extrémité ou de section "d'admis- sion" du carter, tandis que l'extrémité opposée du carter 12 sera désignée par "extrémité d'échappement".
On monte une tête de brûleur à grande vitesse d'une maniè- re adjacente à l'extrémité d'admission du carter; cette tête comprend deux manchons cylindriques 30 et 32 disposés l'un à l'intérieur de l'autre et maintenus coaxialement écartés par une paroi ou flanc terminaux 34. Une patte d'attache (non représentée), prolongeant la partie intérieure du carter 12 et fixée d'une manière appropriée au manchon extérieur 30, porte les manchons 30 et 32.
On monte sur l'extrémité de la paroi 34 une tuyère de pul- vérisation 36 pour émettre le combustible atomisé dans une chambre de combustion limitée par le manchon intérieur 32, @ travers un orifice central 38 pratiqué dans le flanc 34. La tuyère 36 est c:e préférence du type dénommé à retour d'écoulement, et les conduits 40 et 42 d'alimentation et de retour du combustible sont reliés à la tuyère 36. Une bougie d'allumage fixée au voisinage de la tuyère 36, sert à enflammer le mélange atomisé selon la technique habituelle.
La tête de brûleur ou partie d'admission de combustible de l'ensemble du brûleur est représentée sur la figure 3, comme adaptée à son fonctionnement avec un combustible gazeux. Sur cette figure, la tuyère 36 et la plaque terminale 34 de la figure 1 sont remplacées par une plaque terminale 34a comportant une couronne de lumières 43 permettant l'admission du gaz dans la chambre de combustion placée dans le manchon intérieur 32. Un conduit d'alimentation de gaz 39 aboutit à la plaque terminale 34a dans laquelle sont pratiquées des lumières. Ce conduit 39 peut comporter un orifice de compteur (non représenté) pour régler l'alimentation de gaz au brûleur.
Un conduit auxiliaire de gaz 41 traversant le manchon 30 et en regard d'un orifice pratiqué dans le manchon 32, réalise une flamme de veilleuse pour l'allumage du brûleur. A tous autres points de vue, les ensembles de têtes de brûleur représentés sur les figures 1 et 3 sont identique s.
Le manchon intérieur 32 comporte plusieurs séries d'orifices 44 de diamètre relativement grand alignés latéralement, à travers lesquels l'air de combustion passe, comme il est précisé ci-après ; ce manchon comporte de préférence un grand nombre de petits orifices ou perforations 46 relativement peu écartés les uns des autres à travers lesquels l'air s'infiltre. Dans un mode de réalisation représenté sur la figure 1, la paroi d'extrémité 34 peut également comporter de petites perforations correspondant aux perforations 46 de la paroi latérale.
L'espace de combustion, limité par le manchon intérieur 32,
<Desc/Clms Page number 4>
se prolonge à travers l'extrémité d'évacuation du carter 12 par un manchon cylindrique 48 en matière réfractaire. On fabrique le manchon avec du ciment réfractaire moulé autour d'un treillis métallique 49 à l'intérieur d'un fourreau 50. Ce fourreau 50 comporte un bord 52, qui est fixé sur la paroi terminale extérieure 14 du carter pour maintenir le manchon 48 en place . Le diamètre extérieur du manchon 48 est sensiblement le même que le diamètre du manchon extérieur 30, tandis que le diamètre intérieur du manchon 48 est légèrement plus grand que celui du manchon intérieur 32.
Le manchon réfractaire 48 se termine à une courte distance de l'extrémité du manchon intérieur 32, l'intervalle entre les manchons 48 et 32 étant comblé par un collier métallique 54 qui constitue un prolongement de la surface inférieure du manchon réfractaire 48 et recouvre partiellement l'extrémité du manchon intérieur 32.
Plusieurs pattes 56 ayant la forme d'un L sont montées radialement sur le collier 54; elles s'étendent au delà du collier 54 vers l'extrémité d'admission du carter 12 et vers l'intérieur sur une courte distance au delà de la surface intérieure du collier 54, pour venir s'appliquer contre la surface extérieure du manchon intérieur 32, maintenant ainsi le collier 54 et le manchon 32 en alignement coaxial précis avec un petit espace annulaire 58 formé entre le manchon et le collier.
L'intérieur du carter 12, entre son extrémité d'évacuation et un point situé un peu au delà du milieu, est garni d'une matière isolante 58, telle que de la laine de verre ou un produit analogue, la matière isolante 58 est maintenue en place par une enveloppe cylindrique de retenue 60 ; cette matière entoure la zona de combustion principale à l'intérieur du carter 12 en assurant une isolation thermique et l'amortissement acoustique du bruit de la combustion. On peut aussi réaliser un amortissement du bruit entre le ventilateur 18 et le manchon du brûleur, ou mémme à l'orifice d'admission de ce ventilateur, pour empêcher le bruit de la combustion de se propager par l'orifice d'admission du brûleur.
L'écartement entre l'enveloppe cylindrique de retenue 60 et le manchon extérieur 30 est de préférence sensiblement uniforme et du méme ordre de grandeur que l'espacement entre les manchons 30 et 32.
L'ensemble de la tète de brûleur décrit ci-dessus constitue un bloc à "grande vitesse", capable de débiter des produits de combustion gazeux chauds à une vitesse excédant sensiblement la vitesse âe propagation de la flamme du combustible qui y est amené. Comme le montrent les flèches de la figure 1, l'air provenant du ventilateur 18 descend dans le carter 12 au delà du registre 26, puis il passe le long du manchon extérieur 30 pour revenir en arrière dans l'espace compris entre les manchons 30 et 32, puis il pénètre dans la chambre de ccmbustion en jets séparés dirigés radialement à travers les grands orifices 44 pratiqués dans le manchon intérieur.
Etant donné que ces jets se heurtent entre eux au centre de la chambre de combustion, une partie de l'air revient en direction de l'extrémité fermée de la chambre, puis cette partie circule radialement et vers l'extérieur le long de la plaque terminale 34, et ensuite elle repart en avant le long de la surface intérieure du manchon intérieur 32. Du fait du renversement de direction du courant d'air, il se crée une zone dans laquelle la vitesse d'écoulement de l'air est pratiquement nulle près de l'extrémité fermée de la chambre de combustion, et la tuyère 36 est disposée de manière à émettre du combustible dans cette zone d'air relativement calme.
En faisant brûler le combustible atomisé dans cette zone onù la vitesse de l'air est relativement faible, il devient possible d'obtenir que des gaz (air ou produits de combustion) pénètrent dans la chambre de combustion;, et en sortent, à une vitesse très supérieure à la vitesse de propagation de la flamme du combustible brûlé, et sans que la flamme s'étei- gne.
On remarquera que bien qu'ils soient représentés avec une forme circulaire, les orifices 44 peuvent avoir la forme d'orifices ovales ou de fentes s'étendant latéralement dans le manchon 32.
<Desc/Clms Page number 5>
Une importante caractéristique de la présente invention con- siste dans la combinaison de la paroi de retenue 60 avec le manchon exté- rieur 30, afin de permettre convenablement la commande du courant d'air et sa distribution dans la chambre de combustion. On pourrait penser qu'il serait possible de supprimer le manchon extérieur 30, de manière à admettre l'air directement du carter 12 à travers les orifices 44. Cependant on n'obtient pas habituellement une parfaite uniformité du débit d'air émis par le ventilateur sur tous les cotés de la tête du brûleur. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention représenté et décrit ici à titre d'exemple, il est à noter que l'orifice d'admission d'air 28 est pratiqué sur le côté du carter 12.
En conséquence, le débit d'air près de l'extré- mité d'admission du carter 12 n'est pas uniforme dans le carter, mais il est plutôt entièrement turbulent et inégal. L'espacement uniforme du man- chon extérieur 30 compris entre la paroi 60 et le manchon intérieur 32 as- sure à celui-ci une protection contre cette zone de turbulence, et dirige l'air d'une manière uniforme vers le manchon précité le long de l'espace compris entre la paroi 60 et le manchon 30, et ensuite entre les manchons
30 et 32. Cette disposition de manchons, qui crée un débit d'air à "dou- ble couche" (d'abord entre la paroi 60 et le manchon 30, et ensuite entre les manchons 30 et 32), procure un autre avantage qui consiste dans l'ef- fet isolant assuré par cette double couche d'air.
Du fait que la combus- tion s'amorce bien en direction de l'extrémité fermée des manchons 30 et
32, une chaleur considérable est engendrée à l'intérieur du carter 12, et la double couche d'air est un facteur essentiel pour empêcher l'échauffement anormal du carter 12 et les pertes de chaleur qui s'y produiraient.
Afin de réaliser un ensemble compact, et aussi bien pour monter et accoupler d'une manière convenable le moteur 20 avec les organes
18 et 22 qu'il entrane, il est préférable de disposer l'admission d'air latéralement. Toutefois quel que soit l'emplacement du ventilateur, il est difficile d'assurer un débit d'air régulier uniforme au brûleur sans le manchon extérieur 30. On peut évidemment remarquer que la forme du courant d'air à travers les orifices44 est importante pour obtenir une flamme symétrique et une combustion convenable dans le britleur conforme à la présente invention.
On notera encore dans la réalisation du brûleur conforme à la présente invention la présence du manchon réfractaire 48 qui aide à obtenir une combustion plus complète du combustible, et la présence de l'espace 58 entre le collier 54 et le manchon intérieur 32, cet espace recevant une admission secondaire d'air de combustion et l'envoyant à la surface intérieure du manchon réfractaire 48. Tandis que la combustion principale a lieu dans la zone de turbulence do l'air, comme il a déjà été expli- qué, le manchon 48 s'est revêtu hautement avantageux pour assurer une combustion complète.
Le courant d'air dans l'espace 58 crée une couche d'air refroidissante le long de la surface intérieure du manchon réfractaire à la fois pour refroidir l'extrémité du manchon intérieur 32 ainsi que le collier 54, et pour empêcher l'encrassement du manchon réfractaire 48 à sa jonction avec le manchon intérieur 32.
Le dispositif de combustion commandée caractérisant le brùleur décrit dans la présente invention comporte d'importantes et nombreuses particularités. Dans les brûleurs classiques, à faible vitesse, il n'est pas possible de régler l'alimentation d'air trop près du "réglage idéal", parce que des changementsde pression d'air (c'est-à-dire le "débit") dans l'espace d'échappement, dans lequel le brûleur évacue ses gaz, ont un effet marqué sur la combustion. Aussi, l'alimentation d'air doit-elle être réglée de manière à assurer un fonctionnement convenable dans les conditions de débits les plus pauvres qu'on puisse envisager ; généralement ce réglage n'est pas le meilleur lorsque le débit change, méme- avec le concours d'un régulateur de débit.
Dans le brûleur conforme à la présente invention, il n'est pas nécessaire de régler le débit d'air fourni par le ventilateur en fonction de variations prévues dans le courant d'échappement, parce que
<Desc/Clms Page number 6>
la combustion est relativement insensible aux variations du débit. On peut donc obtenir un meilleur réglage d'admission d'air.
De même, du fait de cette insensibilité relative aux conditions extérieures, on peut couramment faire fonctionner le brûleur dans un milieu ambiant qui serait tout à fait incompatible avec la plupart des brüleurs à faible vitesse. Par exemple, le brûleur conforme à la présente invention peut être placé à l'air libre ou de manière à s'échapper directement dans un conduit susceptible de transmettre de grands volumes d'air ¯ pour des opérations de séchage industriel et agricole.
De tout ce qui précède, on voit que l'objet de la présente invention est un brûleur amélioré pour combustibles fluides, caractérisé aussi bien par un bon rendement que par une vitesse de combustion et une température de flamme qu'on peut régler avec précision et faire varier facilement, ledit brûleur étant susceptible de recevoir de nombreuses applications thermiques.
Il est bien évident que les modes de réalisation préférés décrits ci-dessus et représentés par le dessin annexé n'ont été donnés qu'à titre indicateur, et que l'on peut y apporter diverses modifications sans s'écarter pour cela de l'esprit de la présente invention.
REVENDICATIONS.
1. Brûleur à combustible fluide, comprenant un carter, deux manchons montés l'un à l'intérieur de l'autre coaxialement écartés à l'intérieur de ce carter, et uniformément espacés de l'intérieur de ce dernier, ces manchons étant fermés à une extrémité et ouverts à l'autre extrémité; un organe en matière réfractaire formant un prolongement du manchon intérieur de ces manchons, se prolongeant à l'extérieur d'une extrémité de ce carter, et délimitant avec ce manchon intérieur une chambre de combustion; un ventilateur;
un dispositif pour débiter de l'air sous pression du ventilateur à l'espace compris entre le manchon extérieur de ces manchons et ce carter,et de là 'à l'espace entre ces manchons, ce manchon intérieur conportant, pratiqués dans ses parois, plusieurs orifices relativement grands espacés sur la circonférence, de manière à admettre des jets d'air séparés, dirigés radialement, provenant de l'espace entre les manchons, ces jets passant dans cette chambre de combustion, et y créant un courant d'air to- roidal. adjacent à l'extrémité fermée de ce manchon intérieur; un dispositif destiné à amener un combustible fluide à cet espace de combustion au voisinage de ce courant toroldal à travers l'extrémité fermée de ce manchon; et un dispositif adjacent à cette extrémité fermée pour enflammer le combustible.