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" BRULEUR ".-
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La présente invention e st relative à des perfectionne- ments à des brûleurs et plus particulièrement à d es perfectionnements à des brûleurs destinés à brûler des combustibles fluides avec un grand rendement, ces brûleurs comprenant non seulement des brûleurs à huile légère mais aussi des brûleurs à huile lourde telles que les huiles résiduelles visqueuses , les goudrons et les asphaltes.
Un objet principal de . la présente invention est de procurer une nouvelle construction de brûleur que l'on puisse utiliser comme brûleur combiné pour les gaz et les liquides et qui brûle complètement les combustibles lourds tels que les huiles résiduelles visqueuses, les goudrons et les asphaltes à une grande vitesse de combus- tion dans une chambre d e combustion relativement petite sans provoquer de dépôts de carbone sur les parois de la chambre de combustion.
Un autre objet de l'invention est de pvocurer un nouveau brûleur du type précité ayant de nouveaux dis- positifs de distribution d'air actionnables pour distribuer l'air de combustion de façon uniforme dans l'entrée de la chambre de combustion et pour communiquer un mouvement de tourbillonnement à l'air qui pénètre dans la chambre de combustion pour faire que cet air suive un trajet pré- déterminé dans la chambre de combustion.
Un autre objet de la présente invention, extrêmement important, est de procurer un nouveau brûleur dans lequel un mouvement de tourbillonnement rapide soit communiqué à
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l'air qui pénètre dans la chambre de combustion, avec une chute de pression minimum d'un bout à l'autre des dispositifs de distribution d'air.
Un autre objet encore de la présente invention est de procurer un nouveau brûleur ayant les particularités et caractéristiques énumérées ci-dessus, de construction relativement simplifiée, capable d'être fabriqué facilement et à bon marché ,d'un rendement parfait et de grand effet utile en fonctionnement et en cours d'emploi.
Ces objets et d'autres de la présente invention et les différentes particularités et détails du fonctionnement et de la construction du brûleur sont exposés et décrits plus complètement ci-après en se reportant aux dessins annexés dans lesquels :
Figure 1 est une coupe longitudinale dans un brûleur fait suivant la présente invention et
Figure 2 est une coupe transversale faite suivant la ligne 2-2 de la figure 1, montrant les dispositifs de distribution d'air.
En se reportant plus particulièrement aux dessins, on y montre un brûleur fait suivant, la présente invention, comprenant une chambre de combustion sensiblement cylindri- que 10, dont les parois 11 sont formées d'un matériau réfractaire convenable. Un orifice d'entrée 12 de diamètre moindre que celui de la chambre de combustion est prévu sensiblement au centre de la paroi postérieure de celle-ci, et, par cet orifice, le combustible et l'air passent pour entrer dans la chambre de combustion.
Suivant la présente invention, le combustible et l'air qui pénètrent dans la chambre de combustion sont amenés à tourbillonner sous forme d'un anneau continuel- lement avançant et divergent en sorte que le combustible
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et l'air soient amenés à se mélanger complètement et à demeurer dans la chambre de combustion relativement petite pendant une période de temps relativement longue.
En plus, en raison de l'orifice central dans la paroi postérieure de la chambre de combustion, et du mouvement tourbillonnaire de l'air et du combustible, il se forme des tourbillons de flamme à proximité de ltorifice central de la chambre de combustion et près de la ligne centrale longitudinale du brûleur en avant de ltorifice central, d'où nouveau mélange de combustible et d'air et amenée du combustible finement pulvérisé à la température d'allumage en assurant ainsi une combustion complète et rapide. Ce mouvement de tourbillonnement désité et les tourbillons d e flamme qui en résultent sont ré alisésavec une chute de pression mini- mum en commandant soigneusement le parcours de l'air avant l'entrée de l'air dans la chambre de combustion.
Par conséquent, la présente invention procure une chambre d'introduction d'air 13 constituée par une enceinte fermée 14 qui peut être de forme générale cylindrique, placée à l'arrière de la chambre de combustion 10 , sensi- blement coaxialement avec l'orifice 12 vers la chambre de combustion. L'air comburant est amené à la chambre à air 13 par un orifice d'introduction d'air 15 placé au bord périphérique de l'enveloppe 14 et s'étendant sensiblement radialement par rapport à l'enveloppe 14. Le mouvement tourbillonnaire e st communiqué à l'air comburant par le moyen d'une série d'aubes 16 qui peuvent avoir la forme d'une série de plaques planes disposées de manière régu- lière autour de l'axe longitudinal central de la chambre de combustion.
Les aubes 16 divergent vers l'extérieur en direction qui les écarte de la paroi postérieure de l'enveloppe 14 , vers l'ouverture d'admission centrale 12
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à la chambre de combustion, et elles sont disposées sui- vant un angle par rapport à une tangente à un cercle ima- ginaire tracé autour de,l'axe eentral longitudinal de la chambre de combustion. Des ouvertures 16a sont prévues entre des aubes voisines 16, ces ouvertures donnant passage à l'air copburant et devenant plus larges dans une direction vers la paroi postérieure de la chambre de combustion. Ces ouvertures entre les aubes divergentes font que l'air de combustion soit distribué uniformément dans la région annulaire en forme de c8ne formée par les aubes.
Ceci est réalisé en adaptant convenablement l'aire croissante des ouvertures des aubes en direction vers la chambre de combus- tion, avec le volume croissant du cane formé par les aubes.
Avec ce mode de construction, l'air comburant animé d'un mouvement tourbillonnaire qui sort des aubes est mis en couches qui se recouvrent partiellement, en assurant une vitesse sensiblement uniforme vers l'avant pour cet air, vitesse de grandeur beaucoup moindre que la vitesse tan- gentielle de l'air, avec diminution de la turbulence non désirée et de la chute de pression, dans cette région conique.
Entre la paroi périphérique de l'enveloppe 14 et la série des aubes 16 se trouve placé un volet ou déflecteur 17 de distribution d'air qui entoure les aubes 16 et qui est de préférence coaxial à la série des aubes.
Le volet ou écran de distribution d'air 17 est conçu pour distribuer l'air comburant dans la chambre à air 13, de manière égale autour du pourtour de la chambre de combus- tion 13 et pour provoquer un écoulement radial de l'air comburant vers la série des aubes 16 , avec la majeure partie de l'air venant en contact avec les aubes à la paroi extérieure de l'enveloppe de chambre à air 14
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où la série des aubes présente les diamètres les plus petits.
Pour réaliser oela, l'écran 17 de distribution d'air peut être percé d'une série d'ouvertures 18 à l'extrémité de l'écran près de la paroi postérieure de l'enveloppe 14, en sorte que cet écran amène l'air à s 'écouler autour de l'extérieur de la chambre à air et à passer ensuite vers l'intérieur à travers les ouvertures 18 en direction sensiblement radiale. Si on le désire, ces ouvertures 18 dans la partie de l'écran de distribution d'air proche de l'ouverture 1 5 d'entrée d'air dans la chambre à air , peuvent être plus petites que le teste des ouvertures dans l'écran de distribution d'air , pour créer une résistance plus grande à l'écoulement de l'air à travers cet écran au point d'amenée de l'air et provoquer un écoulement de l'air plus uniforme vers l'intérieur vers les aubes .
En varian- te, au lieu de la série d'ouvertures 18, l'écran de distribution d'air peut être conçu pour se terminer à une distance prédéterminée peu après la paroi postérieure de l'enveloppe 14 de la chambre à air.
Le combustible est entraîné dans l'air comburant immédiatement avant que l'air ne pénètre dans la chambre de combustion et, suivant la présente invention, ce com- bustible peut être un combustible fluide quelconque voulu tel qu'un gaz, des huiles légères ou des huiles lourdes telles que les huiles résiduelles visqueuses, les goudrôns et les asphaltes. Les combustibles liquides qont injectés dans le parcours de l'air de combustion par un ajutage de pulvérisation de combustible 20 ordinaire , qui se termine coaxialement à la chambre de combustion en un endroit placé en avant des bords dirigés vers l'avant des aubes 16.
'ajutage de pulvérisation de combustible 20 peut être soutenu dans la position voulue, par exemple à l'aide d'une chaise- support 21 portée par la paroi postérieure
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de l'enveloppe de chambre à air 14. Si l'on brûle un c om- bustible gazeux, un ajutage 22 d'injection de gaz ordinaire qui entoure l'ajùage 20 à combustible liquide peut être utilisé pour injecter du combustible gazeux dans le courant d'air. De cette façon, une combinaison de combustibles gazeux-liquides peut être brûlée en une fois si on le désire.
De préférence, le combustible est injecté dans le courant d'air comburant en un point tel qu'un jet dispersé de forme conique délivré par l'injecteur de combustible pénètre d ans la chambre de combustion sans frapper effectivement le bord de l'orifice d'entrée 12 vers la chambre de combustion, et l'angle d'ouverture du cane de jet dispersé sera préférablement tel que le cane de jet dispersé, lorsqu'il est prolongé au-delà de l'ouver- ture 12 , recoupe la paroi latérale de la chambre de combustion.
Avec cette construction d écrite ci-dessus, l'air comburant obligé de passer à t ravers la chambre de distri- bution d'air est distribué de façon égale à la périphérie de la chambre et s'écoule ensuite radialement vers l'intérieur par l'écran de distribution vers la série des aubes 16.
Ensuite, l'air passe à travers les aubes où un mouvement tourbillonnaire est imposé à cet air et l'air est obligé de passer en avant dans la chambre de combustion 10 à travers l'ouverture centrale 12, sous forme d'un anneau tourbillonnant qui diverge vers l'extérieur en sorte de pénétrer dans la chambre de combustion. Si on le désire, la partie postérieure de l'ouverture 12 peut être rétrécie vers l'intérieur comme indiqué en 19 à partir d'un diamètre égal à la distance entre les bords intérieurs des aubes opposées en un point proche de l'arrière de la paroi pos- térieure de la chambre de combustion , jusqutà un diamètre
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égal au diamètre voulu pour l'ouverture 12 , dans le but de dimbnuer la résistance à l'écoulement de l'air comburant.
Comme montré aux dessins, l'injecteur se t ermine près de l'extrémité d'entrée de l'ouverture d'entrée 12 vers la chambre de combustion en laissant ainsi un vide au centre du parcours de l'air de combustion tourbillonnaire , ce qui amorcera la formation d'un tourbillon ou vortex le long de l'axe central de la chambre de combustion. Ce vortex en même temps que les vortex semblables qui sont formés dans la chambre de combustion périphériquement par rapport à l'ouverture d'admission 12 créent la turbulence désirée et le parcours voulu du mélange d'air et de combustible dans la chambre de combustion et font que le mélange d'air et de combustible soit maintenu dans lachambre de combustion pendant une durée suffisante pour permettre la combustion du combustible de façon sensiblement complète dans la chambre de combustion.
De ce qui précède, il apparaîtra que la présente invention procure un brûleur ayant de nouveaux moyens d'introduction d'air et de commande de l'air pour faire que l'air comburant suive un parcours déterminé à l'avance dans et à travers la chambre de combustion avec une résis- tance minimum à l'écoulement de cet air. En pratique, on a trouvé qu'une .pression d'eau de 12 à 15 pouces seulement suffit pour l'alimentation d'air d'un brûleur travaillant à pleine charge et brûlant du combustible à un taux qui peut dépasser de beaucoup un million de BTU par heure par pouce cubique d'espace de combustion. Ceci est à comparer à d'autres brûleurs du même type dans lesquels une pression d'environ 20 pouces d'eau ou davantage est nécessaire pour obtenir l'écoulement désiré de l'air de combustion.
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Cette diminution de la presson nécessaire pour l'air com- burant conduit à une économie considérable des frais d'équi pementsauxiliaires utilisés avec de brûleur. On a trouvé aussi en pratique que ces moyens particuliers d'introduc- tion d'air et de commande de l'écoulement de l'air permettent une vitesse de combustion plus grande du combustible que ce n'était possible dans des brûleurs antérieur s de ce genre.
En outrer il sera visible que la présente invention procure un nouveau brûleur de construction relativement simple et dont la fabrication puisse être assurée facilement et à bon marché.
Alors que l'on a montré et décrit ici des formes de réalisation particulières de l'invention, on n'a pas eu en vue de limiter l'invention à ceteexposé et des change- ments et variantes peuvent être introduits et incorporés au dispositif sans s'écarter du corps et de l'esprit de l'invention tels que définis dans les revendications suivan- tes.
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"BURNER" .-
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The present invention relates to improvements to burners and more particularly to improvements to burners intended to burn fluid fuels with high efficiency, these burners comprising not only light oil burners but also light oil burners. heavy oil such as viscous residual oils, tars and asphalts.
A main object of. the present invention is to provide a novel burner construction which can be used as a combined burner for gases and liquids and which completely burns heavy fuels such as viscous residual oils, tars and asphalts at a high speed of combustion in a relatively small combustion chamber without causing carbon deposits on the walls of the combustion chamber.
Another object of the invention is to provide a new burner of the aforementioned type having new air distribution devices operable to distribute the combustion air uniformly in the inlet of the combustion chamber and to communicate. a swirling motion of the air entering the combustion chamber to cause this air to follow a predetermined path in the combustion chamber.
Another extremely important object of the present invention is to provide a novel burner in which a rapid swirling motion is imparted to the burner.
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air entering the combustion chamber with a minimum pressure drop across the air distribution devices.
Still another object of the present invention is to provide a new burner having the features and characteristics listed above, of relatively simplified construction, capable of being easily and inexpensively manufactured, of perfect efficiency and of great useful effect. in operation and during use.
These and other objects of the present invention and the various features and details of the operation and construction of the burner are set forth and described more fully below with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a longitudinal section through a burner made according to the present invention and
Figure 2 is a cross section taken on line 2-2 of Figure 1, showing the air distribution devices.
Referring more particularly to the drawings, there is shown a burner made according to the present invention comprising a substantially cylindrical combustion chamber 10, the walls 11 of which are formed of a suitable refractory material. An inlet orifice 12 of smaller diameter than that of the combustion chamber is provided substantially in the center of the rear wall of the latter, and, through this orifice, the fuel and air pass to enter the combustion chamber. .
In accordance with the present invention, the fuel and air entering the combustion chamber are swirled in the form of a continuously advancing and diverging ring so that the fuel
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and the air are caused to mix completely and remain in the relatively small combustion chamber for a relatively long period of time.
In addition, due to the central orifice in the rear wall of the combustion chamber, and the swirling movement of air and fuel, vortices of flame form near the central orifice of the combustion chamber and near the longitudinal center line of the burner in front of the central orifice, from which new mixture of fuel and air and finely pulverized fuel brought to ignition temperature, thus ensuring complete and rapid combustion. This desirable swirling motion and the resulting flame vortices are achieved with minimal pressure drop by carefully controlling the path of the air before air enters the combustion chamber.
Accordingly, the present invention provides an air introduction chamber 13 constituted by a closed enclosure 14 which may be generally cylindrical in shape, placed behind the combustion chamber 10, substantially coaxially with the orifice. 12 towards the combustion chamber. The combustion air is brought to the air chamber 13 by an air introduction orifice 15 placed at the peripheral edge of the casing 14 and extending substantially radially with respect to the casing 14. The swirling movement is st communicated to the combustion air by means of a series of vanes 16 which may be in the form of a series of flat plates arranged regularly around the central longitudinal axis of the combustion chamber.
The vanes 16 diverge outwards in a direction which separates them from the rear wall of the casing 14, towards the central intake opening 12
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to the combustion chamber, and they are disposed at an angle with respect to a tangent to an imaginary circle drawn around the central longitudinal axis of the combustion chamber. Openings 16a are provided between neighboring vanes 16, these openings giving passage to the co-fueling air and becoming wider in a direction towards the rear wall of the combustion chamber. These openings between the diverging vanes cause the combustion air to be distributed evenly in the annular conical region formed by the vanes.
This is achieved by suitably matching the increasing area of the blade openings towards the combustion chamber, with the increasing volume of the cane formed by the blades.
With this method of construction, the combustion air animated by a vortex movement which leaves the vanes is put in layers which partially overlap, ensuring a substantially uniform forward speed for this air, a speed of much less magnitude than the tangential air velocity, with decrease in unwanted turbulence and pressure drop, in this conical region.
Between the peripheral wall of the casing 14 and the series of blades 16 is placed an air distribution flap or deflector 17 which surrounds the blades 16 and which is preferably coaxial with the series of blades.
The air distribution flap or screen 17 is designed to distribute the combustion air in the air chamber 13, evenly around the periphery of the combustion chamber 13 and to cause a radial flow of the combustion air. to the series of vanes 16, with most of the air coming into contact with the vanes at the outer wall of the inner tube shell 14
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where the series of blades has the smallest diameters.
To achieve this, the air distribution screen 17 can be pierced with a series of openings 18 at the end of the screen near the rear wall of the casing 14, so that this screen brings the air to flow around the exterior of the inner tube and then to pass inwardly through the openings 18 in a substantially radial direction. If desired, these openings 18 in the portion of the air distribution screen near the air inlet opening 15 to the air chamber, may be smaller than the test openings in the air chamber. 'air distribution screen, to create greater resistance to the flow of air through this screen at the point of air supply and cause more uniform air flow inward to the vanes.
Alternatively, instead of the series of openings 18, the air distribution screen may be designed to terminate at a predetermined distance shortly after the rear wall of the air chamber shell 14.
The fuel is entrained in the combustion air immediately before the air enters the combustion chamber and, according to the present invention, this fuel can be any desired fluid fuel such as gas, light oils or heavy oils such as viscous residual oils, tars and asphalts. Liquid fuels are injected into the combustion air path through an ordinary fuel spray nozzle 20, which terminates coaxially with the combustion chamber at a location forward of the forward facing edges of the vanes 16.
the fuel spray nozzle 20 can be supported in the desired position, for example by means of a support chair 21 carried by the rear wall
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of the air chamber shell 14. If a gaseous fuel is being burned, an ordinary gas injection nozzle 22 which surrounds the liquid fuel nozzle 20 can be used to inject gaseous fuel into the air chamber. air flow. In this way, a combination of gaseous-liquid fuels can be burned at one time if desired.
Preferably, the fuel is injected into the combustion air stream at a point such that a dispersed jet of conical shape delivered by the fuel injector enters the combustion chamber without actually hitting the edge of the orifice. inlet 12 to the combustion chamber, and the opening angle of the scatter jet nozzle will preferably be such that the scatter jet nozzle, when extended beyond the opening 12, intersects the wall. side of the combustion chamber.
With this construction d written above, the combustion air forced to pass through the air distribution chamber is distributed evenly around the periphery of the chamber and then flows radially inwards through the distribution screen to the series of blades 16.
Then the air passes through the vanes where a vortex movement is imposed on this air and the air is forced to pass forward into the combustion chamber 10 through the central opening 12, in the form of a swirling ring. which diverges outward so as to enter the combustion chamber. If desired, the posterior portion of opening 12 may be narrowed inward as indicated at 19 from a diameter equal to the distance between the inner edges of the opposing vanes at a point near the rear of the vane. the rear wall of the combustion chamber, up to a diameter
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equal to the diameter desired for the opening 12, in order to reduce the resistance to the flow of combustion air.
As shown in the drawings, the injector terminates near the inlet end of the inlet opening 12 to the combustion chamber thereby leaving a vacuum in the center of the path of the swirling combustion air. which will initiate the formation of a vortex or vortex along the central axis of the combustion chamber. This vortex together with similar vortices which are formed in the combustion chamber peripherally to the intake opening 12 create the desired turbulence and the desired path of the air and fuel mixture in the combustion chamber and cause the mixture of air and fuel to be maintained in the combustion chamber for a sufficient time to permit substantially complete combustion of the fuel in the combustion chamber.
From the foregoing, it will be apparent that the present invention provides a burner having novel means for introducing air and controlling the air to cause the combustion air to follow a predetermined path into and through. the combustion chamber with minimum resistance to the flow of this air. In practice, it has been found that only 12 to 15 inches of water pressure is sufficient to supply air to a burner operating at full load and burning fuel at a rate which may well exceed a million. BTUs per hour per cubic inch of combustion space. This is compared to other burners of the same type in which a pressure of about 20 inches of water or more is required to achieve the desired flow of combustion air.
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This reduction in the pressure required for the combustion air leads to a considerable saving in the costs of auxiliary equipment used with the burner. It has also been found in practice that these particular means of introducing air and controlling the flow of air allow a greater rate of combustion of the fuel than was possible in previous burners of this genre.
In addition, it will be apparent that the present invention provides a new burner of relatively simple construction and the manufacture of which can be easily and inexpensively.
While particular embodiments of the invention have been shown and described here, it has not been intended to limit the invention to this disclosure and changes and variants can be introduced and incorporated into the device without departing from the body and spirit of the invention as defined in the following claims.
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