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La présente invention concerne la combustion et plus particuliè- rement la combustion qui est terminée sous contrôle, avec un grand dégage- ment de chaleur dans une chambre de dimensions limitées, avant l'utilisa- tion de l'énergie engendrée. La présente invention est particulièrement in- téressante dans son application à la combustion du mazout, mais elle n'est pas cependant limitée à cette application.
Dans quelques installations de chauffage, on a trouvé qu'il était avantageux de faire brûler le combustible dans une chambre, ou la combus- tion peut être contrôlée, avant d'utiliser l'énergie engendrée par la com- bustion. Il est cependant important; qu'une telle chambre ait des dimensions aussi faibles que possible, à la fois dans le but de faciliter le contrôle et dans le but d'économiser l'espace disponible et les matériaux. Pour pouvoir utiliser une chambre de combustion ayant des dimensions aussi fai- bles que possible, il est absolument impératif de réaliser une grande vi- tesse de dégagement de chaleur, une alimentation rapide et continue en com- bustible et en air, et enfin une association complète et intime du combus- tible et de l'air entretenant la combustion.
D'autre part, il est de la plus haute importance de réaliser un mélangeur et un brûleur simples et robustes, aussi bien du point de vue du fonctionnement que du point de vue de'l'entretien.
Quand on brûle du mazout sous la forme de dispersion dans l'air, il brûle à la surface de gouttelettes liquides. Ces gouttelettes subissent un cracking partiel) sous l'action de la température élevée et par suite de l'absence locale d'air, et les particules de carbone qui en résulte brûlent ensuite sous Informe solide. Une combustion de ce genre demande du temps, et si on désire-avoir un grand dégagement de chaleur un espace considérable est nécessaire pour réaliser une combustion complète. En vaporisant la dispersion de mazout avant la combustion, il devient possible d'obtenir une grande vitesse de dégagement de chaleur dans une chambre petite.
On a con- staté maintenan qu'il est possible de fabriquer un groupe mélangeur et brû- leur simple et relativement peu coûteux, qui élimine certaines pièces con- sidérées jusqu'à présent comme indispensables. Le nouveau brûleur confor- me à l'invention rend possible l'utilisation d'une chambre de combustion, qui possède des dimensions extrêmement réduites et dans laquelle la com- bustion peut être effectuée avec une vitesse maxima de dégagement de cha- leur avant l'utilisation de l'énergie engendrée.
Conformément à l'invention, une chambre unique comporte une sec- tion de mélange et une section de combustion disposée l'une à la suite de l'autre, la section transversale de cette chambre s'élargissant brusquement pour réaliser dans la section de combustion un simple épaulement de pro- tection, derrière lequel la flamme est maintenue pour assurer une combus- tion continue. Quand on emploie du mazout, on le pulvérise dans la section de mélange pour le disperser dans une colonne d'air se déplaçant à travers cette section, et on.vaporiser le mazout ainsi dispersé dans la section de mélange, en renvoyant dans cette section une partie des gaz de la combus- tion venant de la section de combustion.
On a représenté à titre d'exemple, l'invention sur le dessin an- nexé. Sur ce dessin :
La figure 1 est une coupe médiane et longitudinale d'un brûleur de combustible fluide construit et disposé conformément à l'invention,
La figure 2 est une coupe médiane et longitudinale ,avec cassu- re, d'un autre brûleur de combustible fluide conforme à l'invention.
La figure 3 est une coupe médiane et longitudinale, avec cassu- re, d'un brûleur de combustible fluide conforme à l'invention et différent
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des deux brûleurs précédents.
La figure 4 est une coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la figure 1.
La figure 5 est une coupe médiane et longitudinale d'un autre brûleur conforme à l'invention.,
Le brûleur représenté sur la figure 1 comprend un conduit 10 à travers lequel passe une colonne d'air. Ce conduit a de préférence la for- me d'un tube cylindrique et l'air y arrive à une extrémité par une conduite d'air 11; cette conduite 11 est reliée à une source d'air, telle que par exemple un souffleur (non représenté). On peut chaufferaupréalable l'air arrivant par la conduite 11, si on le désireafin d'augmenter la tempéra- ture et la vitesse de la combustion dans le brûleur.
Un moyen est prévu pour alimenter en combustible le conduit 10; ce moyen est constitué sur le dessin par un ajutage d'alimentation 12 disposé dans le conduit la, à l'ex- trémité d'un tube 13 relié à une source de combustible (non représentée), à l'extérieur du conduit 10.
Le conduit 10 est divisé longitudinalement en une section de mé- lange 14 etune section de combustion 15 qui se trouve immédiatement en aval de la section de mélange. En aval de la section de combustion 15 se trouve une section appropriée de livraison 16, qui livre les produits de la com- bustion en un point d'utilisation, par exemple dans un four (non représen- té). Ainsi, l'air arrive de la conduite 11 dans le conduit la, puis tra- verse successivement la section de mélange 14, la section de combustion 15 et la section de livraison 16.
Pour obtenir une grande vitesse de dégage- ment de chaleur dans le brûleuxq on fait arriver l'air dans celui-ci avec une grande vitesse et on mélange avec cet air une quantité suffisante de combustible pour utiliser la totalité de l'air dans la combustion et pour réaliser une combustion complète du combustible. Quand on utilise des mé- langes riches, on mélange avec l'air arrivant dans le brûleur une quantité de combustible suffisante pour produire les gaz réducteurs désirés. La conception du brûleur permet de produire des gaz réducteurs en brûlant des mélanges très riches sans aucun dépôt de carbone dans le brûleur, comme on l'expliquera un peu plus loin.
La section de mélange 14 du conduit 10 a la forme d'un Venturi et l'ajutage de pulvérisation 12 est disposé au centre du Venturi de manière à pulvériser le combustible dans la section de mélange, près de l'étrangle- ment du Venturio Dans les modes de réalisation représentés sur le dessin, le combustible est pulvérisé dans la section de mélange, immédiatement en aval de l'étranglement du Venturi Par conséquent, le combustible pulvéri- sé est dispersé dans la colonne d'air traversant la section de mélange, et celle-ci grâce à sa forme de Venturi, joue le rôle de mélangeur d'une maniè- re bien connue.
Des ailettes 17 peuvent être portées par un moyeu 18 sur le tube 13 d'alimentation en combustible, près de l'ajutage 12 et sur le trajet d'entrée de l'air. Ainsi, la turbulence de l'air, au-delà de l'ajutage 12 de pulvérisation, peut contribuer à disperser le combustible dans l'air et également à centrifuger les particules liquides vers la paroi, où elles se vaporisent.
La section de combustion 15 est formée en élargissant brusquement le diamètre du conduit 10; elle est de préférence cylindriqueo Un épaule- ment annulaire 19 est ainsi formé à l'extrémité amont de la section de com- bustion 15. Quand le mélange combustible-air est allumé, l'épaulement annu- laire 19 constitue une zone de protection qui maintient la flamme dans le brûleur. On remarquera que le mélange combustible-air pénètrant avec une
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grande vitesse dans la section de combustion 15 ne trouble que très peu le mélange en cours de combustion près de l'épaulement annulaire 19. Ainsi, une zone relativement calme et à faible vitesse est maintenue en arrière de l'épaulement annulaire, où la flamme se maintient sans être sensiblement troublée malgré la turbulence produite dans le reste de la section de com- bustion.
D'autre part, l'épaulement annulaire 19, constituant un organe ex- térieur et annulaire de maintien de la flamme, permet à la combustion du mélange combustible-air de progresser à partir d'une région à température élevée vers l'intérieur, jusqu'à la région des gaz non brûlés. Ce type d'or- gane de maintien de la flamme réduit donc à un minimum les possibilités de refroidissement des gaz par les parois froides, avant que la combustion ne soit terminée.
Le mélange combustible-air peut être allumé d'une manière connue et convenable quelconque. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, une bougie d'allumage 20 est disposée dans la section de combus- tion 15, sur la partie extérieure de l'épaulement annulaire 19. Ainsi, le mélange combustible-air se trouvant dans la section de combustion peut être allumé initialement, et peut être allumé de nouveau, si cela est nécessaire, à l'endroit de l'organe de maintien de la flamme. On a réalisé également un allumage efficace du mélange combustible-air dans la section de combus- tion 15 n plaçant la bougie d'allumage 20 tout près de la jonction de la motion de mélange avec la section de combustion, comme on le voit sur la figure 2.
En réalité, de bons résultats ont été obtenus en produisant une étincelle en un point quelconque de l'épaulement annulaire 19.
Pour que le combustible fluide débité à travers l'ajutage de pul- vérisation 12 dans la section de mélange puisse brûleur rapidement et com- plètement, il est important qu'il soit associé avec l'air d'une manière ex- trêmement intime. Ceci est vrai en particulier quand on emploie de l'huile comme combustible, pour les raisons qui ont été déjà indiquées. Par con- séquent, en plus de la dispersion fine du combustible fluide réalisée dans la section de mélange 14 au moyen de l'ajutage de pulvérisation 12, on pré- voit des dispositions pour chauffer le combustible à son entrée dans le courant d'air en vue de réaliser une combustion plus complète.
Un conduit de retour 21 est donc prévu entre une circonférence d'orifices 22 percés dans l'épaulement annulaire 19 et la section de combustion; ce conduit dé- bouche dans l'étranglement du Venturi de la section de mélange 14, où les gaz à haute température provenant de la section de combustion et arrivant par le conduit 21 chauffent et vaporisent le combustible au moment où ce- lui-ci se mélange avec le courant d'air.
Dans le mode de réalisation représenté ici, les gaz chauds venant de la section de combustion arrivent dans la section de mélange, à l'endroit de l'étranglement du Venturi. Comme on le voit ici, le conduit de retour 21, qui conduit les gaz de la section de combustion vers l'étranglement du Venturi a une forme annulaire et s'étend vers l'arrière, autour de la sec- tion de mélange. Les gaz chauds de la combustion pénètrent dans l'étran- glement du Venturi de la section de mélange 14 à travers une fente annulai- re 23 prévue dans le Venturi. Il est clair qu'une série d'orifices séparés pourrait remplacer la fente annulaire 23;d 'autre part, on peut modifier légèrement la forme et la position de la fente 23 représentée sur le des- sin.
Il est évident également qu'il n'est pas nécessaire que les gaz en cours de combustion pénètrent dans le conduit de retour en traversant un cercle d'orifices séparés; il est préférable cependant que ces gaz entrent dans le conduit de retour 21 à partir d'une zone proche de l'extrémité de la section de mélange, de manière à réaliser un "coin annulaire" à l'inté- rieur de la section de combustion, entre l'épaulement 19 et la paroi de cette section, coin dans lequel la flamme peut être maintenue constante et
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relativement sans aucun trouble.
Le fonctionnement de 1''appareil se déduit avec évidence de ce qui précède. La colonne d'air pénètrant dans le 'brûleur en venant de la conduite 11 traverse à grande vitesse la section de mélange 14, puis la sec- tion de combustion 15. Au moment où l'air franchit 'L'étranglement du Ven- turi, le combustible est dispersé dans cet air par 1 ajutage de pulvérisa- tion 12 ;
combustible est ainsi finement divisé et se mélange progressi- vement avec l'air pendant qu'ils traversent tous les deux la section de mé- langée En même temps, des gaz brûlés excessivement chauds sont aspirés dansla section de mélange à travers la fente annulaire 23 de l'étrangle- ment du Venturi et chauffent le combustible dispersé jusqu'à une températu- re suffisante pour le vaporisero On réalise ainsi un mélange plus intime du combustible et de l'air.
Le mélange est allumé et une combustion complè- te s'effectue dans la chambre de combustion 15, d'où les produits de la combustion s'échappent à travers la section de livraison 16 jusqu'à un point d'utilisationo Protégé par l'épaulement annulaire 19 contre le mé- lange arrivant de la chambre 14, un corps continu de mélange enflammé est maintenu à l'intérieur de la chambre de combustion, à proximité immédiate de la chambre de mélange. La dépression régnant dans l'étranglement de Venturi aspire vers l'arrière et à travers le conduit annulaire de retour 21 entourant la section de mélange une partie de ce mélange enflammé, afin de vaporiser dans la section de mélange le combustible dispersé.
Les gaz chauds traversant le conduit annulaire 21 chauffent les parois de la section de mélange 14 et tendent ainsi à empêcher du carbone de se déposer sur ces parois quand une partie du mélange combustible-air est allumée dans cette section, comme dans l'appareil représenté sur la figure 3. D'autre part, le mélange intime de 1 air et du combustible dis- persé et vaporisé, la grande vitesse de combustion dans le brûleur et le passage rapide des gaz à travers le brûleur contribuent également à empê.}- cher le dépôt de.carbone dans celui-ci.
Il peut être préférable,, dans certaines conditions, d'allumer le combustible dispersé et vaporisé, en même temps qu'il se mélange intimement à l'air dans la section de mélange 14, et de maintenir l'allumage à cet en- droito La figure 3 représente un brûleur destiné à obtenir ce résultat; dans ce brûleur, une bougie constituée par une électrode 20a est disposée dans la section de mélange, à une faible distance de l'ajutage de pulvéri- sation 12. La pointe de l'électrode 20a est disposée sur le bord extérieur du cône de combustible projeté dans la section de mélange 14 par l'ajutage 12.
Le mélange allumé vient frapper une chicane 24 qui produit de la tur- bulence et contribue à mélanger plus intimement le combustible et l'air,
Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 5. Ici, la bordure de la paroi de la section de mélange est incurvée vers l'extérieur et vers l'arrière, à l'endroit de l'étranglement du Ven- turi, de manière à entourer la partie en amont du Venturi. On réalise ain- si une fente annulaire 23a, à travers laquelle les gaz chauds de la com- bustion spénètrent dans l'étranglent du Venturi de la section de mélange 14, dans la direction générale du mouvement du combustible et de l'air à travers cette section.
Grâce à cette disposition, les pressions acciden- telles de retour résultant de conditions variables de l'écoulement pendant une combustion irrégulière se détendant dans le conduit annulaire, de retour 21a. Un ou plusieurs orifices 25 prévus dans la paroi extérieure du con- duit annulaire de retour réalisent l'échappement d'une pression excessive dans ce conduit.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, on voit également une électrode isolée 20b qui s'étend vers l'avant à travers le
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conduit 10, près de la paroi extérieure de celui-ci, et à travers le con- duit annulaire de retour. L'électrode 20b traverse l'épaulement annulaire
19 et fait saillie dans la chambre de combustion 15, où son extrémité 26 est disposée dans une niche 27 et fournit des étincelles vers une deuxième électrode 28 portée par l'épaulement annulaire 19, afin d'allumer le mélan- ge combustible-air.
La figure 5 représente également un moyen supplémentaire pour améliorer la stabilité de la combustion. Ce moyen consiste en deux tubes secondaires 29 et 30, qui sont disposés coaxialement dans la section de combustion 15 du tube principal du brûleur. Le tube 29 a un diamètre légè- rement plus petit que l'extrémité aval de la section de mélange. Les tubes
29 et 30 commandent ensembl- la progression du front de flamme F, représen- té en pointillé, dans la section de combustion.
D'autres variantes de l'invention peuvent être naturellement imagi- nées . Par exemple, du gaz peut être ajouté au brûleur comme combustible supplémentaire à travers un raccord 31 branché sur le conduit annulaire de retour 21 comme on le voit sur la figure 2. On peut également ajouter du gaz à l'air entrant dans le brûleur par la conduite 11. En réalité, le brûleur peut être utilisé efficacement avec un gaz seul comme combustible.
On voit, d'après ce qui précède, que la présente invention réali- se un brûleur dans lequel la combustion du mélange combustible-air peut être @@@@niée avant que son énergie ne soit utilisée, cette combustion s'effec- tuant sous contrôle et dans une chambre de dimensions extrêmement réduites.
L'appareil de mélange et la chamore de combustion forment un seul bloc et le dispositif ainsi réalisé est simple et robuste.
Les modes de réalisation de l'invention qui ont été décrits et représentés ici ont été choisis simplement à titre d'exemples, et il est bien entendu que les techniciens imagineront facilement d'eux-mêmes d'au- tres modes de réalisation sans sortir pour cela du domaine de l'invention.