<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte à un appareil de chauffage et à un brûleur utilisable dans cet 'appareil, ainsi qu'à un procédé pour brûler des combustibles fluides.
L'invention est applicable en particulier aux appareils de chauffage par conveotion étudiés en vue'd'une utilisation dans- des locaux industriels et commerciaux, Un exemple d'appareil de chauffage de ce type est décrit dans le brevet
EMI1.1
le ',n¯o .4:7q88.2. q4 .+ o:c.Q.q.J31947. L'invention sera décrite ,ci-après plus spécialement dans son application à un appareil de chauffage de ce type, mais on comprendra que cette utilisation n'est mentionnée qu'à titre d'exemple et que l'in-
<Desc/Clms Page number 2>
vention est applicable également à d'autres appareils de chauffage.
Dans cet appareil de chauffage du type décrit dans le br@ret précité, le combustible fluide, qui peut être de l'huile ou un gaz, est brûlé dans une chambre de combusti'on en métal mince -et est évacué par des carneaux en direction d'un conduit de fumée: L'air est déplacé à grande vitesse par un ou plusieurs ventilateurs disposés à l'extérieur de la chambre de combustion et autour des conduits de fumée, et est refoulé vers l'espace ou le local devant être chauffé par un ou plusieurs déflecteurs, qui dirigent l'air chauffé dans la direction désirée.
Il est bien entendu désirable que ces appareils de chauffage soient d'une construction aussi ramassée que pos- sible, et étant donné qu'ils doivent servir, habituellement au chauffage de grandes surfaces et qu'ils sont étudiés pour assurer une diffusion rapide de la chaleur, des taux de com- bustion élevés et des vitesses élevées d'acheminement de l'air de combustion sont nécessaires, ces facteurs devant être combinés à une grande vitesse d'élimination des gaz provenant de la combustion. Les pressions régnant dans le système d'évacuation doivent être suffisamment élevées pour surmonter la résistance s'opposant à l'écoulement dans la cheminée.
Ces conditions engendrent de façon cumulative des chutes de pression à travers le brûleur, ce qui agit défavo-' rablement sur les conditions de la combustion, et un appa- reil à courant d'air forcé capable de brûler un combustible gazeux ne convient pas en même temps pour une huile combus- tible . Le choix d'un courant d'air forcé, mixte ou induit,
<Desc/Clms Page number 3>
et le mode de montage des ventilateurs soufflants de- viennent des facteurs critiques, qui peuvent avoir un effet prépondérant sur le rendement ou l'efficacité de J'appareil de chauffage.
Par ailleurs, les appareils de chauffage ne peuvent pas être adaptés individuellement à la nature d'un combùs- tible particulier utilisé dans une localité'donnée, et ils doivent de préférence être universels. Pour pouvoir satisfaire aux conditions des combustibles vendus sur différents marchés, les appareils de chauffage doivent être capables de brûler de façon efficace un combustible gazeux ou une huile, et ils doivent pouvoir brûler des huiles de qualités différentes.
Dans certains cas, quand le gaz constitue le combustible principal, il est néces- saire que l'huile soit utilisée quand la température extérieure tombe, dans la région considérée, au-dessous d'une température donnée, On a considéré pendant longtemps qu'il était désirable de 'créer un appareil de-chauffage - équipé d'un brûleur pouvant être utilisé à volonté pour 'brûler de l'huile'ou un gaz, ainsi que les différentes qualités d'huiles que l'on trouve dans le commerce, mais les caractéristiques de flamme et de combustion des deux types de combustibles précités sont telles que les essais effectués avec un seul brûleur capable d'utiliser sélec-' tivement du gaz et différentes qualités d'huiles combusti-, bles n'ont pas été satisfaisants.
Une difficulté principale réside dans le bruit et le caractère explosif ou irrégu- lier de la flamme que l'on rencontre avec le fort dégage- ment d'énergie qui est nécessaire dans un appareil de chauffage de construction ramassée. Des brûleurs à huile
<Desc/Clms Page number 4>
cibles de fournir des taux de combustion élevés fonc- ti@nnent généralement de façon optimum avec un courant d'air forcé dirigé vers le brûleur, et quand on opère sensiblement sans courant d'air forcé, la combustion est lente et se fait mal. Par ailleurs, le gaz est fourni habituellement sous une pression telle qu'il puisse péné- trer dans une zone de combustion pour être mélangé à l'air de façon adéquate, sans devoir faire appel à un ventila- teur soufflant.
Un brûleur composite satisfaisant, capa- ble de fournir un fort dégagement de chaleur fait alors intervenir nécessairement une chute de pression élevée pour permettre une combustion convenable de l'huile, et lors de la combustion d'un gaz, celui-ci doit brûler d'une fa- çon uniforme dans le même courant d'air acheminé à grande vitesse.
Dans la pratique, on monte actuellement un ventila- teur fournissant un courant d'air forcé au voisinage du brûleur et un ventilateur d'évacuation dans le conduit de fumée, pour l'évacuation des gaz brûlés. Des essais ont été effectués pour équilibrer les effets des deux ventila- teurs, de façon telle que la chambre de combustion se trou- ve à la pression atmosphérique, bien que,théoriquement, il existe une condition de pression positive dans une, partie de la chambre de combustion et une pression néga- tive dans une autre partie. Toutefois, quand on utilise deux ventilateurs, il est'difficile de maintenir un équi- libre correct, même en concevant un brûleur étudié spé- cialement pour le combustible particulier qui est prévu.
<Desc/Clms Page number 5>
Selon une autre condition que l'on rencontre avec les appareils de chauffage, l'air chauffé est évacué vers un local occupé, habituellement par des personnes, et dans les appareils de chauffage.du type mentionné ci- avant, les parois métalliques de la chambre de combustion forment un mince diaphragme, qui sépare les gaz brûlés de l'air chauffé. Si'une fuite se produit dans le système de gaz de combustion, la pression positive existante , refoule alors les gaz non brûlés vers le courant d'air,. et ainsi dans le local, ce qui peut avoir des effets désagréables ou nocifs.
Une telle pression positive peut être continue (elle peut résulter d'un déséquilibre entre les ventilateurs produisant le courant d'air forcé et le courant d'air induit) ou momentanée (ce qui peut résulter , de petites explosions dues à la combustion, augmentant momentanément la pression des gaz de combustion au delà . de la pression atmosphérique, même dans un système dont les pressions moyennes sont inférieures à la pression atmosphérique).
A cause de la difficulté d'équilibrer les ventilateurs de courant d'air forcé et induit agissant de façon simultanée sur les gaz de la combustion, et afin d'obtenir avec certitude pour les gaz de combustion une pression qui est suffisamment inférieure à la pression atmosphérique pour rendre les fuites (même momentanées) en direction du local impossibles dans les conditions de travail normales, on a créé, suivant l'invention, un brûleur qui brûle de façon satisfaisante n'importe lequel des combustibles mentionnés, en utilisant simplement un courant d'air induit,
<Desc/Clms Page number 6>
L'invention a principalement pour but de créer-un agareil de chauffage équipé d'un brûleur étudié de manière à @rûler sélectivement l'un quelconque des combustibles usuels forâtes par les gaz ou les huiles,
cet appareil fonc-' tionnant entièrement selon un principe faisant intervenir un courant d'air induit, c'est-à-dire avec un ventilateur d'échappement ou d'évacuation monté dans le conduit de fumée, de façon telle qu'une pression sensiblement négative ou inférieure à la pression atmosphérique soit maintenue dans la chambre de combustion, afin que si une fuite se développe ;' l'air soit aspiré avec les gaz de combustion au lieu que ces gaz pénètrent dans l'air chauffé* Elle a également pour but de créer un brûleur à courant d'air induit et un procédé grâce auquel la flamme brûle de façon uniforme, régulière et efficace.
L'invention a encore pour but de permettre la réalisation d'un brûleur de construction ramassée; qui soit simple à fabriquer, qui fournisse une distribution uniforme des combustibles et de l'air, et qui puisse être démonté aisément en vue de sa réparation ou de son examen.
D'autres buts et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, et sur lesquels :-
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale par un plan vertical, à travers un appareil de chauffage du type auquel se rapporte l'invention.
La fige 2 est une vue en élévation d'extrémité de l'ap- pareil de chauffage représenté sur la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe longitudinale à travers le brûleur.
<Desc/Clms Page number 7>
La fige 4 est une vue d'extrémité du brûleur, en regardant depuis l'extrémité externe.
La fig. 5 est une vue en élévation de la chicane de tourbillonnement utilisée suivant l'invention. ,
La fig.6 est une vue de face d'un détail montrant la plaque terminale extérieure ou avant du brûleur suivant l'invention.
La fig. 7 est une vue en coupe verticale à travers.la plaque représentée sur la fig. 6, montrant la buse ou le gicleur du brûleur à huile et le système'd'allumage électrique conjugeé à celui-ci et monté dans'la plaque.
La fig. 8 est une vue en élévation de l'arrière de l'ensemble conjugué à la plaque du brûleur, avec la' veilleuse pour le chauffage au gaz et l'équipement acces- soire.
La fig. 9 est une vué en coupe transversale à travers la plaque du brûleur, par la ligie IX-IX en fig. 8, mon- , trant la veilleuse à gaz, le dispositif d'allumage de la veilleuse et la thermo-sonde portée par la plaque.
La fig. 10 est une vue en coupe partielle analogue , à la fige 9, mais faite par un plan décalé de 90 par rapport à cette figure.
On a représenté sur les fige. 1 et 2, un appareil de chauffage du type auquel se rapporte l'invention, qui est 'applicable en particulier, bien que non exclusivement, aux appareils de chauffage du type décrit dans le breve,t pré- cité. Cet appareil comporte un corps métallique en tôle, muni de parois latérales verticales 2, de parois supérieures inclinées 3, et d'un ou plusieurs déflecteurs 4 de sortie de l'air chauffé, prévues à son extrémité supérieure. Une paroi terminale est prévue à chaque extrémité, la paroi
<Desc/Clms Page number 8>
terminale avant tant désignée par la référence 5 et la paroi arrière par la référence 5a.
Il est prévu à l'intérieur du corps une chambre de combustion 6, qui est formée par un métal mince à résistance relativement grande à la chaleur, de préférence en acier inoxydable, cette chambre étant plus haute que large et allant en s'amincissant vers son extré- mité supérieure. Dans le mode de réalisation considéré ici,' elle a sensiblement une forme hexagonale et présente des côtés verticaux parallèles, écartés vers l'intérieur des cotés 2 du corps, ces parois supérieures convergeant pour former une arête centrale, un conduit d'air vertical 7 était ménagé de chaque côté de la chambre de combustion, entre cette chambre et le. corps.
Des ventilateurs montés-sous la chambre de combustion, comme indiqué sur le dessin et comme .. décrit en détail dans le brevet précité, aspirent l'air à travers des orifices ménagés dans la paroi latérale 2, à partir du local dans lequel l'appareil est monté, et refoulent cet air vers le haut à travers le conduit 7, autour des parois de la chambre de combustion, de sorte que l'air est chauffé par contact avec les parois de cette chambre et est refoulé vers le local par les déflecteurs 4. Une pression légèrement positive par rapport à l'atmosphère règne donc à l'intérieur du corps, autour de la chambre de combustion.
Les produits de la combustion sont, comme décrit dans le brevet précité, prélevés à la chambre de combustion par son extrémité avant et pénètrent dans un collecteur 8 à partir duquel ils traversent un banc de tubes horizontaux 9.
Il est prévu à l'extrémité arrière de l'appareil de chauffage un autre .collecteur 9a, qui communique avec un banc inférieur
<Desc/Clms Page number 9>
de tubes 10, et les gaz de combustion circulent de nou- veau vers l'avant, pour pénétrer dans un conduit 11 voi- sin de la plaque terminale 5. Ce conduit aboutit à un ventilateur de sortie 12, qui refoule les gaz à travers un conduit de fumée 13 pouvant aboutir à une cheminée ou communiquant d'une autre manière avec l'extérieur du local.
Stuc les fi@s. 1 et 2, la position de l'orifice du brûleur est indiquée plus ou moins schématiquement en 14 à l'intérieur du carter de commande 5b. Lors du fond- tionnement de l'appareil de chauffage suivant l'invention, on veille à ce que le brûleur travaille entièrement sous l'effet du courant d'air induit par le ventilateur 12, de façon telle que la totalité de l'air de combustion qui est fourni à l'appareil de chauffage pénètre dans ... -lui-ci par suite du courant d'air induit par le venti- lat ur 12, et qu'aucune pression positive ne soit uti- lisée dans le brûleur pour refouler l'air de combustion vers l'appareil de chauffage.
En conséquence, il règne dans la chambre de combustion une dépression (pression négative)de l'ordre de 25 mm de colonne d'eau, et pour . certaines dimensions d'appareils de chauffage on obtient un fonctionnement optimum avec une dépression atteignant
38 mm et même 50 mm de colonne ,d'eau.
Si l'on se reporte maintenant au dessin, et en particulier à la fig. 3, la référence 5 désigne de nou- veau la paroi terminale avant de l'appareil de chauffage et 15 désigne la paroi avant de'la chambre de combustion
6. Les panneaux 5 et 15 sont, comme visible sur la fig. 3, écartés d'une certaine distance. Il est prévu, suivant
<Desc/Clms Page number 10>
l'invention, un manchon métallique cylindrique 16, dont l'extrémité interne est soudée sur le panneau 15, et qui comporte à son extrémité externe une bride de support 17 fixée sur la paroi avant 5 du corps de .'appareil, ce corps étant traversé par un trou prévu dans une position correcte pour le montage du brûleur.
Une pièce préfabriquée - 18 en matière réfractaire, ayant une dimension telle qu'elle puisse coulisser sans jeu dans le manchon cylindrique 13, est introduite dans ce manchon 16 depuis l'extérieur avant la mise en place des autres organes, qui seront décrits plus loin, l'extrémité interne de cette pièce en matière réfractaire prenant appui contre une lèvre 19 ménagée par suite du fait que le trou prévu pour le brûleur dans le panneau 15 de la cbambre de combustion a un diamètre plus petit que celui du manchon métallique 16.
Cette pièce 18 en matière réfractaire a extérieurement une forme cylin- drique, et elle présente un canal muni d'une partie cylin- drique, ménagé vers son extrémité externe et s'étendant sur une partie de sa longueur, cette partie cylindrique du canal étant désignée par la référence 20. Vers l'intérieur par rapport à la partie 20, les parois 20a de la pièce réfractaire diminuent d'épaisseur en direction de l'extré- mité interne de cette pièce, ce qui forme à travers la pièce un canal ayant un profil tronconique, dont le dia- mètre maximum se trouve à l'extrémité de sortie ou extré- mité intérieure de la pièce réfractaire.
Une garniture d'étanchéité annulaire 18' est prévue autour de l'extrémité extérieure de la pièce réfractaire, qui a une longueur légèrement inférieure à celle du manchon 16 dans laquelle elle est montée. Cette garniture empêche toute fuite d'air autour de cette pièce réfractaire.
<Desc/Clms Page number 11>
La bride 17 confère une certaine rigidité à la paroi avant ou du panneau 5 du corps, qui'est traversée par un orifice de diamètre égal au diamètre intérieur du manchon 16, de manière à permettre l'introduction ou le remplace-' ment de la.pièce réfractaire 18. Des goujons filetés 21 font saillie par rapport à la bride 17, à travers le pan- neau 5, autour de cet orifice, et une plaque métallique 22 est adaptée sur ces goujons et est fixée en place par des écrous 21a vissés sur lesdits goujons. Les goujons et les écrous servent ainsi au maintien en place du manchon.
16 et de la plaque 22.
Cette plaque présente un brifice central 23 (Fig. 3) et elle est conjuguée à un'ou plusieurs (de préférence deux) conduits 24 d'admission d'air en tôle, faisant saillie vers l'extérieur par rapport à la face de cette plaque. Ces conduits, qui ont ici une section droite rec- tangulaire, sont conjugués à des registres 25, qui comman- dent l'admission d'air en direction de, l'intérieur. Etant donné que la pièce réfractaire 18 est plus 'courte que le manchon 16, une chambre à air 26 est ménagée entre la pla- que 22 et l'extrémité de la pièce réfractaire, de sorte que l'air pénétrant par le registre peut s'écouler librement et sans courants localises décelables vers l'extrémité ouverte du canal 20 ménagé dans'la pièce réfractaire.
La plaque porte une ou plusieurs pièces en saillie, par exemple des flasques en forme d'U ou d'étriers, soudés sur sa face interne et prenant appui contre la pièce réfractaire, afin d'empêcher son déplacement longitudinal lorsque la plaque est en place. Ces étriers sont représentés sur la fig. 3 et sont désignés par la référence 22a.
<Desc/Clms Page number 12>
Un anneau creux 27 est boulonné sur la face externe de la plaque 22, autour de l'orifice central 23, cet anneau présentant un canal central 28 d'un diamètre infé- rieur à celui de l'orifice 23 et ménageant une face interne
29. Plusieurs tubes de brûleur 30 font saillie à partir de cette face interne 29, et ils sont disposés en couronne, , leurs extrémités libres convergeait vers l'axe géométrique de la pièce réfractaire, sans parvenir jusqu'à cpt axe, ces tubes 30 pénétrant dans le canal 20 de cette pièce. Plu-, sieurs de ces tubes 30 sont prévus ici. Ils sont au,nombre de six ou de huit et sont uniformément espacés l'un de l'au - tre.
Sur les appareils de plus grandes dimensions/on peut utiliser jusqu'à douze tubes, qui forment par leurs ex- trémités libres une couronne,dans laquelle les extrémités des tubes sont écartées l'une de l'autre d'une distance qui ne dépasse pas notablement le diamètre d'un seul tube.
Cet anneau 27 est boulonné sur la plaque 22 par des bou- lons traversant des pattes 27a (Fig. 4) portées par l'anneau, de façon telle qu'il puisse être adapté.en place sans devoir démonter la plaque 22. Pour atteindre des taux de combustion plus élevés, ou afin d'obtenir avec certitude une distribution plus uniforme du gaz, d'autres tubes 30a peuvent être prévus à l'extérieur des tubes 30, parallèlement à l'axe du brûleur, et on peut utiliser un nombre de tubes allant jusqu'à vingt-quatre sur les brû- leurs de grandes dimensions.
Le gaz est amené à la chambre 27b, ménagée à l'inté- rieur de l'anneau'creux, par un conduit 31 et par une vanne de dosage (non représentée). Les tubes 30 ne renferment pas
<Desc/Clms Page number 13>
d'étranglement ou d'ajutage, et on utilise un gaz sous une - faible pression afin d'éviter l'effet obtenu avec un bec
Bunsen par suite de l'aspiration d'air. Le courant d'air est induit en totalité par le ventilateur d'évacuation 12 monté dans le conduit de fumée, comme expliqué plus en dé- tail plus loin.
Une tête de brûleur est montée dans la partie 20 du canal traversant la pièce réfractaire, et elle est maintenue en place par friction. Cette tête comporte un manchon 33 et une extrémité conique 34 dirigée vers l'avant, dans la- quelle est ménage un orifice'central 35.Il est prévu à l'intérieur de cette tête, juste en arrière de-l'extrémité conique 34, une chicane de tourbillonnement comportant' une couronne, ou bague 'centrale 36 (voix ' la fig. 5), des aubes radiales 37 étroitement espacées et un orifice central 38.
Les tubes 30 du brûleur à gaz et les tubes 30a se terminent au voisinage'de cette chicane, mais à une légère distance vers l'extérieur.
Une plaque conjuguée au brûleur, comportant une bride 39 et une partie centrale plus épaisse 40, est fixée amo- viblement par des boulons sur la face externe de l'anneau 27, et elle obture l'extrémité externe du canal, central traversant cet anneau. Comme montré sur la fig. 7, cette plaque maintient dans l'axe de l'ensemble la tube 41 d'arri- . vée de l'huile combustible et la buse de pulvérisation ou d'atomisation 42 du brûleur, cette buse étant, comme montré sur la fige 3, disposée au centre de l'orifice 38 de la chicane de tourbillonnement, dans un plan qui est situé juste vers l'extérieur'ou vers l'arriére par rapport au plan de la couronne 36.
<Desc/Clms Page number 14>
Cette plaque 39 porte également l'équipement acces- soire, qui comprend, dans le cas d'une huile combustible, deux électrodes 41a et 41b servant à enflammer l'huile, comme montré sur la fig. 7. Si le brûleur fonctionne seu- lement à l'huile, aucun autre équipement accessoire n'est utilisée bien qu'on puisse prévoir une cellule photo- électrique au point 46 (voir la fig. 6) afin de constituer un contrôle de sécurité quand le brûleur n'est pas allumé, ce contrôle étant prévu de façon usuelle sur les brûleurs à huile. Dans le cas d'un gaz combustible, l'équipement accessoire est représenté sur les figs. 8 et 9. Il comprend une veilleuse 43 munie à son extrémité interne d'une palette 44. Une'électrode 45 formant une étincelle se termine au voisinage immédiat de cette palette.
Une tige 47 formant thermo-sonde est prévue à titre de sécu- rité supplémentaire, pour interrompre, l'arrivée en gaz si ' la veilleuse s'éteind. On a montré sur la fig. 10 la dis- tribution de l'équipement accessoire utilisé quand on brûle du gaz, cet équipement étant monté sous l'équipe- ment accessoire utilisé pour brûler de l'huile, et il est évident que si le brûleur est vendu uniquement pour un combustible gazeux, l'équipement servant pour l'huile combustible peut être supprimé. Sur la fig. 6, ces équi- pements accessoires eux-mêmes sont supprimés, mais les références indiquent leur position..
Il est prévu, en combinaison avec la veilleuse et avec les organes de commande conjugués, un régulateur de pression 49, monté à l'extérieur de la plaque du brûleur, et un autre équipement de commande de débit de type usuel,
<Desc/Clms Page number 15>
n'appartenant pas à l'invention. Les régulateurs de pros- , sion sont de type connu et maintiennent la pression du'gaz rêvant dans la chambre à air à une valeur telle que son passage -à travers les tubes 30, 30a soit induit principa- lement par suite de la chute depression à travers le brûleur,.et non pas par une pression propre ou intrinsèque.,
Lors du fonctionnement, quand on brûle un combustible gazeux,
le ventilateur de courant d'air induit monte dans le conduit de fumée de sortie aspire de l'air de façon uniforme à partir de la chambre à air, à travers la tête du brûleur, une partie de cet air traversant la chicane , de tourbillonnement, et une autre partie passant par '1'orifice central de cette chicane. Ce ventilateur de courant d'air induit est actionné de manière à maintenir une dépression dans la chambre de combustion, cette dé- pression étant de l'ordre de 25 mm de colonne d'eau, ou même plus, et s'élevant souvent jusqu'à 50 mm de colonne d'eau. Par suite, la totalité de l'écoulement d'air men- tionné ci-avant est induite par ce ventilateur de courant d'air induit.
Le volume et la pression du gaz fourni sont tels que ce gaz ne sorte pas des tubes avec une vitesse suffisante pour produire un effet analogue à celui d'un bec Bunsen ou pour aspirer de l'air dans le brûleur.
Quand le brûleur travaille avec un courant d'air in- duit, le gaz est prélevé en pratique'aux tubes 30 par le courant d'air induit et il vient frapper les aubes de la chicane 36, 37 pour se mélanger à l'air traversant ces Aubes. Celles-ci communiquent un mouvement de tourbillonne- ({lent et une turbulence au gaz et à l'air, et assurent leur mélange. Quand le mélange combustible est enflammé,la base de la flamme se trouve juste en avant de la chicane 36, 37,
<Desc/Clms Page number 16>
c'est-à-dire à la droite de cette chicane en regardant la fig.3.
On remarquera que ce système gaz-air forme un mé- lange combustible du côté de la chicane de tourbillonnement dirigé vers le voyer es la chambre de combustion, et que ce mélange demeure uniforme, de sorte qu'un front de flamme stable, régulier et constant'se développe immédiatement en dehors du diffuseur. Etant donné que la chicane de tour- billonnement et le brûleur demeurent froids, l'équipement servant à brûler de l'huile combustible peut demeurer en place quand on brûle un gaz.
Lorsqu'on brûle de l'huile, on ferme simplement l'ar- rivée du gaz, et on ouvre l'arrivée d'huile. Comme lors de' la combustion d'un gaz, la totalité du courant d'air est induite par le ventilateur conjugué, et une dépression de l'ordre indiqué est maintenue dans l'appareil. L'huile est pulvérisée ou atomisée sous pression à partir de la buse, le-jet atomisé se présentant sous la forme d'un cône di- vergeant vers l'intérieur, ayant approximativement le profil indiqué en traits mixtes en X-Y sur la fige 3.
Etant donné que la pointe de ce jet atomisé se trouve à l'extérieur ou ' en arrière de la chicane de tourbillonnement, et est dis- posée dans le canal cylindrique de la pièce réfractaire, le cône divergeant traverse le centre de cette chicane et la tête du brûleur, pour se mélanger à l'air en aval de ladite chicane. Les ligies X-Y se rapprochent des parois 20a de l'orifice conique de la pièce réfractaire selon un angle prog sif, sans venir frapper cotte pièce réfractaire (tout au moins en ne la rencontrant qu'au voisinage immédiat de son extrémité interne). L'huile brûle avec une flamme qui a le même profil général, et qui est cylindrique à son
<Desc/Clms Page number 17>
extrémité interne, l'orifice cylindrique ménagé dans la pièce réfractaire tendant à maintenir cette condition.
La partie cylindrique se termine en un point tel que le jet de pulvérisation sortant de la buse, indiqué par les lignes' X-Y, ne rencontre pas la paroi interne de ce canal cylin- drique, mais soit écarté notablement vers l'intérieur de la pièce réfractaire à l'endroit où les parois de cette pièce commencent à s'évaser. Ceci est important pour deux raisons : tout d'abord, cette particularité empêche l'huile de venir au contact de la pièce réfractaire et de subir une combustion irrégulière. Ensuite, une masse de gaz chaud est retenue entre la paroi réfractaire et la zone limite externe de la flamme, ce qui empêche tout refroi- dissement indésirable. Il est évident que, lorsque le brû- leur fonctionne avec de l'huile, le brûleur à gaz peut demeurer en place.
On notera que la veilleuse du brûleur à gaz est , disposée de façon telle que, pour l'un ou l'autre des com- bustibles utilisés, sa flamme ,pénètre dans la zone de mé- lange de l'huileou du gaz et de'l'air. Le passage d'un combustible à l'autre peut être assuré en un instant, sans autre opération que la manoeuvre de robinets ou de vannes appropriés. La disposition des pièces du brûleur est telle que ce brûleur puisse être utilisé uniquement comme brûleur à huile, ou uniquement comme brûleur à gaz.
Le brûleur et toutes les pièces conjuguées sont aisé- ment accessibles pour leur examen, leur remplacement ou leur réparation. Par exemple, en enlevant la plaque avant du brûleur, on peut parvenir à l'ensemble des pièces de celui-ci. En enlevant l'anneau 27, on peut atteindre les tubes d'arrivée du gaz et les pièces de combustion, et en
<Desc/Clms Page number 18>
enlevant la plaque avant, on peut accéder à la pièce réfrac- taire. Le auteur est ainsi simple au point de vue cons- truction, et d'un entretien et d'une réparation aisés quand cela est nécessaire. Etant donné que le brûleur fonctionne toujours avec un courant d'air induit, les gaz de combus- tion ne peuvent pas s'échapper dans le courant d'air chaud.
Des vitesses et des taux de combustion élevés sont obtenus avec une combustionrégulière et uniforme. Les portes de détente anti-explosions prévues à titre de sécurité dans l'appareil de chauffage peuvent être légères, étant donné que la pression négative régnant dans la chambre de com= bustion les maintient toujours fermées.
Les détails de réalisation peuvent être modifiés, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a heater and a burner usable therein, as well as to a method for burning fluid fuels.
The invention is applicable in particular to heating appliances by design studied for use in industrial and commercial premises. An example of a heating appliance of this type is described in the patent.
EMI1.1
the ', n¯o. 4: 7q88.2. q4. + o: c.Q.q.J31947. The invention will be described hereinafter more especially in its application to a heating apparatus of this type, but it will be understood that this use is mentioned only by way of example and that the in-
<Desc / Clms Page number 2>
vention is also applicable to other heaters.
In this heater of the type described in the aforementioned br @ ret, the fluid fuel, which may be oil or gas, is burned in a thin metal combustion chamber and is discharged through flue pipes. direction of a flue: The air is moved at high speed by one or more fans arranged outside the combustion chamber and around the flues, and is returned to the space or room to be heated by one or more deflectors, which direct the heated air in the desired direction.
It is of course desirable that these heaters should be of as compact a construction as possible, and since they are to be used, usually for heating large areas and that they are designed to ensure rapid diffusion of the heat. heat, high combustion rates and high combustion air flow rates are required, these factors must be combined with a high rate of removal of gases from combustion. The pressures in the vent system must be high enough to overcome resistance to flow through the chimney.
These conditions cumulatively give rise to pressure drops across the burner, which adversely affect the combustion conditions, and a forced draft apparatus capable of burning gaseous fuel is unsuitable. same time for a combustible oil. The choice of a forced, mixed or induced air current,
<Desc / Clms Page number 3>
and the way in which the blower fans are mounted are critical factors, which can have a major effect on the efficiency or efficiency of the heater.
On the other hand, heaters cannot be individually tailored to the nature of a particular fuel used in a given locality, and they should preferably be universal. In order to meet the requirements of fuels sold in different markets, heaters must be able to efficiently burn gaseous fuel or oil, and they must be able to burn oils of different qualities.
In certain cases, when gas is the main fuel, it is necessary that the oil be used when the outside temperature falls, in the region under consideration, below a given temperature. It has long been considered that it was desirable to 'create a heater - equipped with a burner that could be used at will to' burn oil 'or gas, as well as the various grades of oils that are commercially available , but the flame and combustion characteristics of the two types of fuels mentioned above are such that tests carried out with a single burner capable of selectively using gas and different grades of fuel oils have not been tested. satisfactory.
A main difficulty lies in the noise and the explosive or irregular nature of the flame which is encountered with the high release of energy which is required in a heater of compact construction. Oil burners
<Desc / Clms Page number 4>
Targets of providing high burnup rates generally work best with a forced air stream directed to the burner, and when operating substantially without a forced air stream, combustion is slow and poor. On the other hand, the gas is usually supplied at a pressure such that it can enter a combustion zone to be adequately mixed with air, without having to use a blower fan.
A satisfactory composite burner capable of providing a high release of heat then necessarily involves a high pressure drop to allow proper combustion of the oil, and upon combustion of a gas, the latter must burn d uniformly in the same high velocity air stream.
In practice, a fan supplying a forced air current in the vicinity of the burner and an exhaust fan in the flue pipe, for the exhaust of the burnt gases, is currently mounted. Tests have been made to balance the effects of the two fans so that the combustion chamber is at atmospheric pressure, although theoretically there is a positive pressure condition in part of the combustion chamber. combustion chamber and negative pressure in another part. However, when two fans are used, it is difficult to maintain a proper balance, even when designing a burner designed specifically for the particular fuel that is intended.
<Desc / Clms Page number 5>
According to another condition that is encountered with heaters, the heated air is discharged to a room occupied, usually by people, and in heaters of the type mentioned above, the metal walls of the room. combustion chamber form a thin diaphragm, which separates the burnt gases from the heated air. If a leak occurs in the flue gas system, the existing positive pressure then forces the unburned gases to the air stream. and so in the room, which can have unpleasant or harmful effects.
Such positive pressure can be continuous (it can result from an imbalance between the fans producing the forced air flow and the induced air flow) or momentary (which can result, from small explosions due to combustion, increasing momentarily the pressure of the combustion gases above atmospheric pressure, even in a system whose average pressures are lower than atmospheric pressure).
Because of the difficulty of balancing the forced and induced air current fans acting simultaneously on the combustion gases, and in order to obtain with certainty for the combustion gases a pressure which is sufficiently lower than the pressure atmospheric to make leaks (even momentary) towards the room impossible under normal working conditions, according to the invention a burner has been created which satisfactorily burns any of the fuels mentioned, simply using a current induced air,
<Desc / Clms Page number 6>
The main object of the invention is to create a heating apparatus equipped with a burner designed so as to selectively burn any of the usual fuels drilled by gases or oils,
this apparatus operating entirely according to a principle involving an induced air current, that is to say with an exhaust or exhaust fan mounted in the flue, so that a pressure substantially negative or below atmospheric pressure is maintained in the combustion chamber, so that if a leak develops; ' air is drawn in with the combustion gases instead of these gases entering the heated air * It also aims to create an induced draft burner and a process whereby the flame burns evenly, evenly and efficient.
Another object of the invention is to allow the production of a burner of compact construction; which is simple to manufacture, which provides a uniform distribution of fuel and air, and which can be easily disassembled for repair or examination.
Other objects and advantages will become apparent on reading the description which follows, given with reference to the accompanying drawings, given without limitation, and in which: -
Fig. 1 is a view in longitudinal section through a vertical plane, through a heater of the type to which the invention relates.
Fig. 2 is an end elevational view of the heating apparatus shown in fig. 1.
Fig. 3 is a longitudinal sectional view through the burner.
<Desc / Clms Page number 7>
Fig 4 is an end view of the burner, looking from the outer end.
Fig. 5 is an elevational view of the swirl baffle used according to the invention. ,
Fig.6 is a front view of a detail showing the outer or front end plate of the burner according to the invention.
Fig. 7 is a vertical sectional view through the plate shown in FIG. 6, showing the nozzle or the nozzle of the oil burner and the electric ignition system combined with it and mounted in the plate.
Fig. 8 is a rear elevational view of the assembly combined with the burner plate, with the pilot for gas heating and accessory equipment.
Fig. 9 is a cross-sectional view through the burner plate, by ligie IX-IX in fig. 8, showing the gas pilot, the pilot ignition device and the thermo-probe carried by the plate.
Fig. 10 is a partial sectional view similar to FIG. 9, but taken by a plane offset by 90 with respect to this figure.
It has been shown on the figs. 1 and 2, a heating apparatus of the type to which the invention relates, which is applicable in particular, although not exclusively, to heaters of the type described in the aforementioned patent. This device comprises a metal body made of sheet metal, provided with vertical side walls 2, inclined upper walls 3, and one or more deflectors 4 for the outlet of the heated air, provided at its upper end. An end wall is provided at each end, the wall
<Desc / Clms Page number 8>
front terminal both designated by the reference 5 and the rear wall by the reference 5a.
There is provided inside the body a combustion chamber 6, which is formed by a thin metal of relatively high resistance to heat, preferably stainless steel, this chamber being higher than it is wide and tapering towards its upper end. In the embodiment considered here, 'it has substantially a hexagonal shape and has parallel vertical sides, spaced inwardly from the sides 2 of the body, these upper walls converging to form a central ridge, a vertical air duct 7 was provided on each side of the combustion chamber, between this chamber and the. body.
Fans mounted under the combustion chamber, as shown in the drawing and as described in detail in the aforementioned patent, draw air through orifices in the side wall 2, from the room in which the device is mounted, and push this air upwards through the duct 7, around the walls of the combustion chamber, so that the air is heated by contact with the walls of this chamber and is returned to the room by the deflectors 4. A slightly positive pressure relative to the atmosphere therefore prevails inside the body, around the combustion chamber.
The combustion products are, as described in the aforementioned patent, taken from the combustion chamber by its front end and enter a manifold 8 from which they pass through a bank of horizontal tubes 9.
Another collector 9a is provided at the rear end of the heater, which communicates with a lower bench
<Desc / Clms Page number 9>
of tubes 10, and the combustion gases circulate again forwards, to enter a duct 11 adjacent to the end plate 5. This duct ends in an outlet fan 12, which forces the gases through a flue 13 which can lead to a chimney or communicate in another way with the outside of the room.
Stucco the fi @ s. 1 and 2, the position of the burner orifice is indicated more or less schematically at 14 inside the control housing 5b. When the heating apparatus according to the invention is founded, care is taken to ensure that the burner works entirely under the effect of the air current induced by the fan 12, so that all of the air of combustion which is supplied to the heater enters ... it as a result of the air flow induced by the fan 12, and no positive pressure is used in the burner to force the combustion air to the heater.
Consequently, there is a depression (negative pressure) of the order of 25 mm water column in the combustion chamber, and for. certain dimensions of heating devices, optimum operation is obtained with a vacuum reaching
38 mm and even 50 mm column, of water.
If we now refer to the drawing, and in particular to FIG. 3, the numeral 5 again denotes the front end wall of the heater and 15 denotes the front wall of the combustion chamber.
6. The panels 5 and 15 are, as shown in fig. 3, separated by a certain distance. It is expected, following
<Desc / Clms Page number 10>
the invention, a cylindrical metal sleeve 16, the inner end of which is welded to the panel 15, and which comprises at its outer end a support flange 17 fixed to the front wall 5 of the body of the apparatus, this body being crossed by a hole provided in a correct position for mounting the burner.
A prefabricated part - 18 in refractory material, having a dimension such that it can slide without play in the cylindrical sleeve 13, is introduced into this sleeve 16 from the outside before the installation of the other members, which will be described later. , the internal end of this piece of refractory material bearing against a lip 19 formed as a result of the fact that the hole provided for the burner in the panel 15 of the combustion chamber has a smaller diameter than that of the metal sleeve 16.
This part 18 of refractory material has a cylindrical shape on the outside, and it has a channel provided with a cylindrical part, formed towards its external end and extending over part of its length, this cylindrical part of the channel being designated by the reference 20. Towards the interior with respect to part 20, the walls 20a of the refractory piece decrease in thickness towards the internal end of this piece, which forms a channel through the piece. having a frustoconical profile, the maximum diameter of which is at the outlet end or the inner end of the refractory piece.
An annular seal 18 'is provided around the outer end of the refractory piece, which has a length slightly less than that of the sleeve 16 in which it is mounted. This gasket prevents any air leakage around this refractory part.
<Desc / Clms Page number 11>
The flange 17 gives a certain rigidity to the front wall or of the panel 5 of the body, which is crossed by a hole of diameter equal to the internal diameter of the sleeve 16, so as to allow the introduction or the replacement of the refractory piece 18. Threaded studs 21 protrude from the flange 17, through the panel 5, around this hole, and a metal plate 22 is fitted over these studs and is secured in place by nuts 21a. screwed onto said studs. The studs and nuts thus serve to hold the sleeve in place.
16 and plate 22.
This plate has a central port 23 (Fig. 3) and it is combined with one or more (preferably two) air intake ducts 24 in sheet metal, protruding outwardly from the face of this plate. plate. These ducts, which here have a rectangular cross section, are combined with registers 25, which control the intake of air towards the interior. Since the refractory piece 18 is shorter than the sleeve 16, an air chamber 26 is provided between the plate 22 and the end of the refractory piece, so that air entering through the register can s. 'flow freely and without detectable local currents towards the open end of the channel 20 formed in the refractory piece.
The plate carries one or more protruding parts, for example U-shaped flanges or stirrups, welded on its internal face and bearing against the refractory part, in order to prevent its longitudinal displacement when the plate is in place . These calipers are shown in fig. 3 and are designated by the reference 22a.
<Desc / Clms Page number 12>
A hollow ring 27 is bolted to the external face of the plate 22, around the central orifice 23, this ring having a central channel 28 of a diameter smaller than that of the orifice 23 and leaving an internal face.
29. Several burner tubes 30 protrude from this internal face 29, and they are arranged in a crown, their free ends converging towards the geometric axis of the refractory part, without reaching their axis, these tubes 30 entering channel 20 of this room. Several of these tubes 30 are provided here. They are six or eight in number and are evenly spaced from one another.
On larger devices, up to twelve tubes can be used, which by their free ends form a ring, in which the ends of the tubes are spaced apart a distance which does not exceed not significantly the diameter of a single tube.
This ring 27 is bolted to the plate 22 by bolts passing through tabs 27a (Fig. 4) carried by the ring, so that it can be fitted into place without having to dismantle the plate 22. To reach higher burnup rates, or in order to obtain with certainty a more uniform distribution of the gas, other tubes 30a may be provided outside the tubes 30, parallel to the axis of the burner, and a number of tubes up to twenty-four on large burners.
The gas is supplied to the chamber 27b, formed inside the hollow ring, by a conduit 31 and by a metering valve (not shown). Tubes 30 do not contain
<Desc / Clms Page number 13>
throttle or nozzle, and a gas is used under low pressure in order to avoid the effect obtained with a nozzle
Bunsen as a result of air aspiration. The air flow is entirely induced by the exhaust fan 12 mounted in the flue, as explained in more detail below.
A burner head is mounted in the portion of the channel passing through the refractory piece, and it is held in place by friction. This head has a sleeve 33 and a conical end 34 facing forward, in which a central orifice 35 is provided. It is provided inside this head, just behind the conical end 34. , a swirl baffle having a central crown, or ring 36 (shown in Fig. 5), closely spaced radial vanes 37 and a central orifice 38.
The gas burner tubes 30 and the tubes 30a terminate in the vicinity of this baffle, but a slight distance outward.
A plate mating with the burner, comprising a flange 39 and a thicker central part 40, is loosely fixed by bolts on the outer face of the ring 27, and it closes the outer end of the central channel passing through this ring. . As shown in fig. 7, this plate maintains the tube 41 of arri- axis of the assembly. vee of the fuel oil and the atomizing or atomizing nozzle 42 of the burner, this nozzle being, as shown in fig 3, disposed in the center of the orifice 38 of the swirl baffle, in a plane which is situated just outward or rearward with respect to the plane of the crown 36.
<Desc / Clms Page number 14>
This plate 39 also carries the accessory equipment, which comprises, in the case of a fuel oil, two electrodes 41a and 41b serving to ignite the oil, as shown in FIG. 7. If the burner works only on oil, no other accessory equipment is used although a photocell can be provided at point 46 (see fig. 6) in order to constitute a safety check. when the burner is not lit, this check being provided in the usual way on oil burners. In the case of a combustible gas, the accessory equipment is shown in figs. 8 and 9. It comprises a pilot light 43 provided at its internal end with a paddle 44. Une'électrode 45 forming a spark terminates in the immediate vicinity of this paddle.
A rod 47 forming a thermo-probe is provided as an additional security, to interrupt the gas supply if the pilot goes out. It has been shown in fig. 10 the distribution of the accessory equipment used when burning gas, this equipment being mounted under the accessory equipment used for burning oil, and it is obvious that if the burner is sold only for a fuel gas, the equipment used for fuel oil can be omitted. In fig. 6, this accessory equipment itself is deleted, but the references indicate their position.
There is provided, in combination with the pilot burner and with the combined control members, a pressure regulator 49, mounted outside the burner plate, and other flow control equipment of the usual type,
<Desc / Clms Page number 15>
not belonging to the invention. The pressure regulators are of known type and maintain the pressure of the gas passing through the air chamber at a value such that its passage through the tubes 30, 30a is induced mainly as a result of the pressure drop. through the burner, .and not by its own or intrinsic pressure.,
During operation, when burning a gaseous fuel,
the induced draft fan rises in the outlet flue draws air uniformly from the air chamber, through the burner head, some of this air passing through the baffle, swirling , and another part passing through the central orifice of this baffle. This induced draft fan is operated so as to maintain a vacuum in the combustion chamber, this pressure being of the order of 25 mm of water column, or even more, and often rising up to. 'at 50 mm water column. As a result, all of the aforementioned airflow is induced by this induced airflow fan.
The volume and pressure of the gas supplied are such that this gas does not exit the tubes with sufficient speed to produce an effect analogous to that of a Bunsen burner or to draw air into the burner.
When the burner is working with an induced air stream, the gas is in practice taken from the tubes 30 by the induced air stream and strikes the vanes of the baffle 36, 37 to mix with the air. crossing these Aubes. These impart a swirling motion and turbulence to gas and air, and ensure their mixing. When the combustible mixture is ignited, the base of the flame is just in front of baffle 36, 37,
<Desc / Clms Page number 16>
that is to say to the right of this chicane, looking at fig.3.
It will be noticed that this gas-air system forms a combustible mixture on the side of the swirl baffle directed towards the viewpoint of the combustion chamber, and that this mixture remains uniform, so that a stable, regular and constant 'develops immediately outside the diffuser. Since the swirl baffle and burner remain cool, equipment used to burn fuel oil may remain in place when gas is burned.
When you burn oil, you simply turn off the gas supply and turn on the oil supply. As with the combustion of a gas, all of the air flow is induced by the conjugate fan, and a vacuum of the order indicated is maintained in the apparatus. The oil is sprayed or atomized under pressure from the nozzle, the atomized jet being in the form of an inwardly diverging cone, having approximately the profile shown in dot-and-dash XY lines on Fig 3 .
Since the tip of this atomized jet lies outside or behind the swirl baffle, and is disposed in the cylindrical channel of the refractory piece, the diverging cone passes through the center of this baffle and the burner head, to mix with the air downstream of said baffle. The X-Y ligies approach the walls 20a of the conical orifice of the refractory part at a progressive angle, without hitting the refractory part (at least by not meeting it until the immediate vicinity of its internal end). The oil burns with a flame which has the same general profile, and which is cylindrical at its
<Desc / Clms Page number 17>
internal end, the cylindrical orifice made in the refractory part tending to maintain this condition.
The cylindrical part terminates at a point such that the spray jet exiting the nozzle, indicated by the 'XY lines, does not meet the internal wall of this cylindrical channel, but is drawn out notably towards the interior of the part. refractory where the walls of this room begin to flare. This is important for two reasons: firstly, this feature prevents the oil from coming into contact with the refractory part and from undergoing irregular combustion. Thereafter, a mass of hot gas is retained between the refractory wall and the outer boundary zone of the flame, which prevents any unwanted cooling. Obviously, when the burner is operated with oil, the gas burner can remain in place.
It will be noted that the pilot of the gas burner is, arranged in such a way that, for one or the other of the fuels used, its flame penetrates into the zone of mixing of the oil or of the gas and of the gas. 'the air. The change from one fuel to another can be ensured in an instant, without any other operation than the operation of appropriate taps or valves. The arrangement of the burner parts is such that this burner can be used only as an oil burner, or only as a gas burner.
The burner and all associated parts are easily accessible for examination, replacement or repair. For example, by removing the front plate of the burner, it is possible to reach all the parts of the latter. By removing the ring 27, you can reach the gas inlet tubes and the combustion parts, and by
<Desc / Clms Page number 18>
removing the front plate, one can access the refractory. The author is thus simple from a construction point of view, and easy to maintain and repair when necessary. Since the burner always operates with an induced air stream, combustion gases cannot escape into the hot air stream.
High burn rates and rates are achieved with smooth and even combustion. The explosion-proof pressure relief doors provided for safety in the heater may be light, since the negative pressure in the combustion chamber always keeps them closed.
The details of realization can be modified, in the field of technical equivalences, without departing from the invention.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.