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"Dispositif de réglage des flammes dans des brûleurs à huile. "
La présente invention se rapporte aux brûleurs à huile. Elle concerne particulièrement les brûleurs à huile destinés au chauffage. Encore plus particulièrement, elle vise les brûleurs à huile destinés au chauffage qui comportent une zone formant foyer dans laquelle l'huile est consumée. Enfin, elle concerne surtout un dispositif permettant d'améliorer la distribution de la flamme dans ces dispositifs, et un disposi- tif grâce auquel on favorise une combustion exempte de fumée
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et avec des débits faibles d'air en excès et grâce auquel le rendement du foyer peut être augmenté en conséquence.
La majorité des, dispositifs de combustion du type à foyer prévus dans des systèmes de chauffage utilisant de l'huile comme combustible et d'un usage domestique aussi bien qu'industriel sont du type à pulvérisation. Un dispositif de combustion de ce type comprend un pulvérisateur d'huile en- touré d'un tube ou manchon d'injection d'air pourvu intérieure- ment d'ailettes grâce auxquelles un mouvement tourbillonnant est communiqué à l'air de combustion en vue de son mélange turbulent avec l'huile sortant du pulvérisateur. Des dispositifs de combustion du type à pulvérisation peuvent être classés en- core dans la catégorie basse pression ou haute pression selon la pression de l'alimentation en huile.
Dans les unités à basse pression destinées au chauffage domestique, par exemple, l'huile est envoyée au pul- vérisateur sous des pressions comprises entre 0,14 et 1,05 kg/cm2. Une petite quantité d'air, peut être de 1 à 5 de celle qui est théoriquement nécessaire pour faire brûler le combustible, est mélangés avec l'huile, en avant du pulvérisa- teur ou dans celui-ci. Le principal rôle de cet air est de maintenir le courant d'huile brisé sous la forme de gouttelet- tes fines lorsqu'il sort du pulvérisateur, l'huile étant ensuite mélangée avec l'air provenant du conduit d'air pour former un mélange combustible. L'air fourni par le conduit d'air est à une pression ne dépassant que légèrement la pression atmosphé- rique.
Dans les unités à haute pression, l'huile est envoyée au pulvérisateur sous une pression d'environ 7 kg/cm2 et n'est pas mélangée avec de l'air en avant du pulvérisateur. Comme dans l'unité à basse pression, le conduit d'air fournit l'air nécessaire à la combustion sous pression positive très faible seulement. Dans les unités pour chauffage domestique, à basse
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pression et à haute pression, les débits de l'huile ne dépas- sent pas souvent 6,40 litres/heure.
Pour obtenir une combustion réellement exempte de fumées dans les systèmes de chauffage du type à foyer uti- lisant de l'huile comme combustible, il a été généralement nécessaire d'alimenter l'unité de brûleur à huile avec de l'air dont le débit dépasse considérablement celui qui est théoriquement nécessaire pour consommer complètement le com- bustible pour un débit d'admission donné de ce dernier. Plus l'excès d'air est important, plus le rendement du foyer est faible. En vue d'obtenir un rendement raisonnable du foyer, la plupart des brûleurs à huile fonctionnent en réalité sur la base d'un compromis, les débits d'air en excès étant maintenus assez faibles pour qu'il ne se produise pas un abais- sement extrême de la température dans la chambre de combustion, mais avec formation résultante d'au moins un peu de fumée.
En raison de l'existence de conditions de formation de fumées, il se produit un encrassement interne du foyer qui altère graduel- lement son rendement global dans n'importe quel cas en raison des dépôts de suie sur les surfaces de transmission de chaleur.
En considérant ce qui précède comme des carac- téristiques de fonctinnement, on a mis au point un programme de recherches pour déterminer avec précision pourquoi les brûleurs à huile forment de la fumée. Ces recherches ont révélé certains défauts de construction et d'utilisation communs en général à tous les brûleurs à huile du type à pulvérisation.
Au cours de ces étude , on a constaté que l'air provenant de la plupart des brûleurs à huile prend la forme d'un jet libre. Celui-ci constitue un entonnoir d'air mobile dont l'angle inclus est assez faible, habituellement de 18 degrés seulement. Le déplacement net de la totalité de l'air dans ce jet est essentiellement axial, malgré les
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ailettes ou autresdispositifs créant une turbulence qu'on place dans le conduit d'air pour communiquer des mouvements particuliers à l'air. Par suite de la décharge d'air sous la forme d'un jet libre hors du conduit de soufflage, il existe très souvent deux conditions importantes qui déterminent un fonctionnement avec fumée des brûleurs à huile du type à pulvérisation, à moins qu'un grand excès d'air ne soit envoyé à la zone de combustion.
La première de ces conditions est que la partie centrale du jet d'air sortant du conduit d'air doit se dépla- cer beaucoup trop vite pour que la combustion de l'huile soit entretenue dans ce jet et se propage dans celui-ci, même en supposant un mélange idéalement homogénisé d'air et de vapeurs d'huile en vue de la combustion. La vitesse de la partie cen- trale de l'air de combustion dépasse souvent 6 m/seconde et ce n'est qu'à la couche limite du jet que les vitesses dimi- nuent jusqu'à une valeur aussi basse que 2,4 m/seconde, qui est la vitesse maximum pratique pour obtenir une flamme régu- -Libre dans le système considéré.
En fait, le noyau à déplace- ment plus rapide du jet d'air de combustion principal sortant du conduit d'air d'un brûleur à huile typique expulse littéra- lement la flamme en travers de la majeure partie du jet d'air qui, bien entendu, contient au moins la plus grande partie de l'huile fournie par le pulvérisateur, pour ne laisser qu'une enveloppe de flamme entourant ce noyau, au lieu que le jet entier se transforme en un cylindre complet de flamme dans lequel le front de flamme s'étend transversalement à l'axe géométrique du jet d'air.
Non seulement ce fait peut être déterminé grâce à un examen visuel de la flamme par un regard pratiqué dans la paroi arrière d'une chambre de combustion, mais il ressort aussi d'une mesure des températures qui montrent que la température au centre du jet d'air d'un
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brûleur allumé est inférieure au point d'ébulition de l'huile de chauffage domestiques et qu'elle est parfois et en certains endroits aussi basse que 116 C. , tandis que la température mesurée près de la couche limite du jet d'air, mais à la même distance axiale du nez du pulvérisateur, est aussi élevée que 1204 C.
La seconde condition qui existe très souvent avec des brûleurs à huile typiques, par suite de l'émanation d'air hors de ceux-ci sous la forme d'un jet libre, réside dans le fait que leurs pulvérisateurs déchargent au moins une certaine quantité de combustible liquide à travers la couche limite de leur jet d'air ; dit, les formes du jet d'air et du jet d'huile ne concordent plus de sorte qu'une portion de l'huile fournie n'est pas mélangée de façon perma- nente avec l'air de combustion dans les limites du jet d'air principal.
Il résulte de ces conditions qu'une portion notable du combustible est amenée à brûler en dehors du jet d'air principal en particulier dans les foyers de la dimen- sion convenant pour le chauffage domestique dans lesquels la longueur de la chambre de combustion est assez limitée. Dans de tels foyers, et même en réalité dans certains.foyers d'une dimension convenant pour le chauffage industriel, le noyau non brûlé du jet formé par le mélange d'air principal et d'huile heurte la parroi arrière de la chambre de combustion et se trouve étalé vers l'extérieur dans de nombreuses directions.
Pendant qu'il circulait sous la forme d'une partie du courant principal provenant du brûleur, ce noyau non brûlé se trouvait dans un état extrêmement turbulent, mais lorsqu'il se trouve étalé vers l'extérieur à distance de la paroi arrière de la chambre de combustion, il perd rapidement sa turbulence.
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Cette diminution de la turbulence rend plus difficile la combustion du combustible dans le mélange, même s'il se trouve alors chauffé au point de se trouver complètement vaporisé. En conséquence, en vue de finir de brûler complè- tement ce combustible, le combustible parvenant à l'état non brûlé dans le jet d'air principal avant de rencontrer la paroi arrière, ce jet doit contenir un excès d'air considéra- ble parce qu'il faut qu'il entretienne la combustion dans une région de turbulence réduite dans laquelle les vitesses de diffusion des vapeurs d'hydrocarbures et d'oxygène sont basses.
La situation, en ce qui concerne l'huile com- bustible pulvérisée à travers la couche limite du jet d'air principal, est encore moins favorable. En brisant le jet d'air, ce combustible émerge dans une région avant de la chambre de combustion, située près du pulvérisateur, qui serait d'une chaleur adéquate pour vaporiser le combustible, mais qui, également, est dépourvue, ou tout au moins tend à être dépourvue, d'oxygène et dans laquelle la turbulence est médiocre. Pour que cette région reçoive de l'oxygène, il faut qu'il se produise un retour de l'air par tourillon et diffu- sion depuis la région arrière de la zone de combustion dans laquelle le noyau du jet d'air principal est finalement brûlé, et cette région tend aussi à ne pas recevoir assez d'air pour ses propres besoins, dans n'importe quel cas.
Une autre considération réside dans le fait que, bien qu'une quantité notable de l'air circulant le long du noyau du jet d'air principal provenant de l'unité de brû- leur à huile soit en excès de celle qui est théoriquement nécessaire pour brûler le combustible contenu dans ce noyau, la totalité de cet excès n'est pas disponible en fait pour
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brûler le combustible qui est pulvérisé vers l'extérieur à travers la couche limite du jet, dans la région avant de la chambre de combustion. Un bonne quantité de cet air en excès est entraînée à travers le four et sort par la cheminée en mê- me temps que les produits de la combustion sans avoir l'occa- sion de revenir en tourbillonnant ou par diffusion vers la région avant de la chambre de combustion.
En conséquence, en vue d'envoyer suffisamment d'air dans cette région en vue d'une combustion complète et d'une. turbulence relativement légère seulement, du combustible qui est pulvérisé compte tenu du fait que cette combustion demande elle-même un excès d'air considérable par rapport à la quantité théoriquement néces- saire pour faire brûler ce combustible, un très grand pourcen- tage global d'air en excès doit être fourni à la chambre de combustion à travers le conduit d'air de l'unité de brûleur d'huile. Si l'on ne procède pas ainsi, au moins une partie du combustible fourni à la chambre de combustion ne brûle pas complètement, mais se trouve au contraire polymérisée et forme de la fumée.
Par ailleurs, si la quantité d'air en excès fournie est suffisante pour empêcher cette polymérisation, c'est-à-dire pour assurer une combustion réellement sans fumée, il se rpoduit une réduction notable du rendement du f oyer.
Conformément à la présente invention, on a constaté que les effets des deux conditions décrites qui aboutissent à une combustion avec fumée peuvent être réduits à un degré très important et aussi de façon très peu coûteuse en plaçant dans le jet d'air un dispositif de réglage des flammes, ayant une structure appropriée. Un tel dispositif utilisé conformément à la présente invention, crée des ré- gions-de turbulence élevée mais de faible vitesse d'avance
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nette au sein du jet d'air, dans lequel la combustion doit être engendrée, ces régions constituant ultérieurement des points d'allumage pour faire brûler le combustible dans la totalité du jet d'air.
On comprendra mieux les caractéristiques et avantages de la présente invention à la lecture de la des- cription suivante qu'on a faite en se référant au dessin -annexé, sur lequel : - la fig. 1 représente en élévation-coupe un foyer de chauffage et montre une partie de la chambre de com- bustion et d'une unité de brûleur à huile à pulvérisation et à haute pression, pourvue d'un dispositif de réglage des flammes, comprenant une structure de grilles de contour sphérique, ce dispositif étant fixé à l'ouvreau du conduit d'air du brûleur; - la fig. 2 est une vue prise par 2-2 de la fig. 1, depuis l'intérieur de la chambre de combustion et en regardant vers l'extrémité de sortie du conduit d'air du brûleur à huile et elle représente en particulier un disposi- tif de réglage des flammes, ayant la structure d'une grille rectangulaire ;
- la fig. 3 est une vue prise de façon simi- laire à la fig. 2, mais représentant l'unité de brûleur à huile pourvue d'un dispositif de réglage des flammes se présentant sous la forme d'un fil métallique enroulé en spirale; - les fig. 4 et 5 sont des vues en élévation de profil et de face d'un dispositif de réglage des flammes fixé à l'buvreau d'un conduit d'air d'un brûleur, ce disposi- tif étant sous la forme d'une grille en métal déployé; - les fig. 6 et 7 sont des vues en élévation
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de profil et de face d'un dispositif de réglage des flammes, similaire à celui qui est représenté sur les fig. 4 et 5, ce dispositif étant pourvu de plusieurs antennes s'étendant axialement pour la réception de la chaleur;
- la fig. 8 est une vue en élévation de face d'un dispositif de réglage des flammes, similaire à celui qui est représenté sur la fig. 5, ce dispositif étant caractérisé par plusieurs lumières situées à l'intersection de ces élé- ments de grille pour empêcher l'accumulation de combustible liquide ; - la fig. 9 est une vue en élévation de face d'un dispositif de réglage des flammes, similaire à celui qui est représenté sur la fig. 5, ce dispositif étant carac- térisé par une région découpée située sensiblement dans la même position radiale, par rapport à son axe normal, que les électrodes d'allumage par rapport à l'axe du conduit d'air du brûleur; - la fig. 10 est une vue en élévation de face d'un dispositif de réglage des flammes, se présentant sous la forme d'une plaque perforée;
- la fig. 11 est une vue en élévation de face d'un dispositif de réglage des flammes, se présentant sous la forme d'une série de bagues concentriques ; - la fig. 12 est une vue en élévation de face d'un dispositif de réglage des flammes, sous la forme d'un moyeu à rayons, d'une étoile ou d'un ventilateur à pales multiples; - la fig. 13 est une vue en élévation de face d'un dispositif de réglage des flammes, sous la forme d'une maçonnerie ou d'une grille rectangulaire, dans lequel l'un des groupes d'éléments parallèles est de nature discontinue,
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ce dispositif étant caractérisé par une région découpée simi- laire d'une manière générale à celle du dispositif de la fig. 9 ;
- la fig. 14 est une vue en coupe partielle de la région située à l'intérieur de l'unité de brûleur à huile de la fig. 1 et voisine de l'extrémité de sortie du conduit d'air, et elle montre en particulier l'extrémité de sortie du pulvérisateur d'huile, un élément de protection contre la chaleur étant monté sur cet appareil et un dispositif de régla- ge des flammes de contour sphérique, étant fixé à cet élément de protection ; - la fig. 15 représente en élévation de profil avec coupe partielle, un dispositif de réglage des flammes, de contour sphérique, qui est fixé au nez d'un pulvérisateur ;
- la fig. 16 représente en élévation-coupe une structure de grille à contour sphérique constituant le dispositif de réglage des flammes, cette vue montrant la circulation d'un mélange combustible vers cette structure et la circulation des produits de combustion enflammés s'é- cartant de ladite structure, et montrant en particulier les régions de turbulence élevée, mais de vitesse avant réelle basse, en aval des éléments de grille; - la fig. 17 représente en élévation-coupe une structure de grille de contour sphérique constituant le dispositif de réglage des flammes, les éléments de cette structure étant individuellement en forme de V en section transversale ;
- la fige 18 est une vu.3 en élévation-coupe d'une structure de grille de contour sphérique constituant un dispositif de réglage de la longueur des flammes, les éléments de cette structure étant individuellement de section transversale circulaire;
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- la fig. 19 représente un graphique obtenu en portant les indices mcyens de fumée dans le gaz de com- bustion en fonction de l'excès d'air envoyé à un foyer de chauffage desservi par un brûleur à huile de la variété à pulvérisation, dans le cas où le brûleur comporte et ne comporte pas de dispositif de réglage des flammes conforme à l'invention.
On va maintenant examiner le dessin en dé- tail, spécialement les fig. 1 et 2 sur lesquelles l'espace qui constitue la chambre de combustion d'un foyer de chauf- fage est représenté en 30. Un ventilateur centrifuge 32 comprenant une enveloppe 34 et un élément de rotor 36 envoie de l'air dans la chambre de combustion par un conduit d'air 38. Dans ce dernier, et près de son extrémité adjacente à la chambre de combustion, se trouve un cône terminal ou ouvreau 40.
Cet ouvreau est fixé dans le conduit d'air par des vis de blocage ou d'autres éléments appropriés qui le mettent en place de façon définitive dans le conduit d'air, mais peu- vent encore être manipulés pour permettre d'enlever 1'ouvreau du conduit. Sur son côté qui est opposé à celui où se trouve la chambre de combustion, l'ouvreau 40 comporte une couronne d'ailettes de turbulence grâce auxquelles un mouvement tour- billonnaire peut être conféré au moins à une partie de l'air de combustion sortant du conduit d'air. Au lieu de prévoir un ouvreau amovible comme représenté, le conduit d'air 38 peut comporter une partie d'ouvreau soudée ou bien faisant partie intégrante du conduit.
Une pompe 42 en.,-voie de l'huile combustible sous pression. Cette pompe décharge à travers un tronçon de tuyau flexible ou de tube 44 et un tronçon de tube ou de conduit rigide 46 qui pénètre dans le carter du ventilateur
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et s'étend à travers celui-ci ainsi qu'à travers le conduit d'air, jusqu'à un pulvérisateur 48. Le tronçon de tube 46 est en fait supporté dans un manchon à croisillons 50 monté à l'intérieur du conduit d'air 38 et également dans un man- chon 52 ajusté sur la face extérieure du carter 34- du ventila- teur 32 et pourvu d'une vis moletée 54 ou d'un autre disposi- tif de blocage approprié grâce auquel les tronçons de tube 46 et, par suite, le pulvérisateur 48,
peuvent être définitivement mis en place longitudinalement par rapport à l'ouvreau 40.
Lorsque la vis 54 est desserrée on peut déplacer longitudina- lement le tronçonne tube 46 sur une petite distance dans les manchons 50 et 52 en raison de la nature flexible du tronçon de tube 44, sans modifier l'emplacement de la pompe à huile 42. Cette pompe peut être entraînée, comme le venti- lateur 32, par tout dispositif approprié tel qu'un moteur électrique. De plus, la pompe 42 peut être montée et entraînée d'un bloc avec le ventilateur.
La forme du jet d'air de combustion déchargé par l'orifice de sortie de l'ouvreau 40 est celle d'un cône divergent ou entonnoir dont la couche limite 56 est représen- tée en traits interrompus. Ce cône est sensiblement coaxial avec le conduit d'air et l'ajustage d'huile. Sous forme d'un jet libre, son angle au sommet est de 18 degré environ.
La forme du jet d'huile pulvérisée sortant du pulvérisateur 48 est représentée également par un cône divergent dont la couche limite 58 est indiquée en pointillés. Le cône d'huile pulvéri- sée diverge davantage que celui de l'air déchargé et s'il est suffisamment prolongé, il traverse le cône d'air et passe à l'extérieur de celui-ci à une certaine distance de l'extrémi- té de sortie de l'ouvreau d'air 40. Dans le conduit d'air 38 de la fig. 1, une portion d'une électrode d'allumage 60 est
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représentée à courte distance du pulvérisateur 48 et de la couche limite 58 du jet d'huile qui en sort. Cette électrode est l'une des deux électrodes dont est pourvue l'unité de brûleurs à huile, l'autre étant disposée directement derrière l'électrode 60 dans la représentation de la figure 1.
Elle est représentée partiellement sur la figure 2 où elle est désignée par 62 .
On comprendra que les cônes des jets d'air et d'huile déchargés, illustrés sur la fig. 1, représentent des trajactoires d'écoulement non modifiées, c'est-à-dire que le cône d'air est illustré sous la forme qu'il pourrait avoir en l'absence d'un jet d'huile et vice..versa. En outre, tels qu'ils sont représentés ils ne sont également pas mo- difiés par le dispositif de réglage des flammes conforme à l'invention et décrit plus loin. Quand les deux substances, l'air et l'huile, sont envoyées simultanément à une chambre de combustion 30 et particulièrement quand la combustion a lieu, il est évident et bien entendu voulu qu'il se produit une interaction notable des trajectoire d'écoulement de l'huile et de l'air sur une certaine distance en travers de la chambre de combustion 30, depuis le pulvérisateur 48 et l'ouvreau 40 .
A l'ouvreau 40 est fixé, au moyen de fils métalliques rigides ou de tirants 64, comme représenté sur les fig. 1 et 2, un dispositif de réglage des flammes, ' illustré à titre d'exemple en 66. Ce dispositif est constitué par une grille métallique dont les éléments individuels en fils métalliques s'étendent parallèlement ou perpendiculaire- ment les uns aux autres, la structure de grille entière ayant un contour sensiblement sphérique.
Dans un agencement désirable; le centre du dispositif 66 de réglage des flammes, de contour
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sphérique, se trouve au point de sortie de la pulvérisation d'huile du pulvérisateur 48, et ce dispositif s'étend sur un arc non seulement au-delà de la couche limite 58 du cône d'huile pulvérisée, mais aussi au moins un peu au-delà de la couche limite 56 du cône d'air. Du fait de cette géométrie, le dispositif de réglage des flammes a la même efficacité pour la totalité du combustible pulvérisé par le pulvérisa- teur 48 et la portion de ce dispositif qui s'étend au-delà de la couche limite du cône d'air agit à la manière d'une antenne thermique pour élever la température de la partie centrale du dispositif.
Lorsqu'un dispositif de réglage des flammes, tel que celui qui est représenté en 66, est en cours d'uti- lisation, c'est-à-dire quand il est disposé sur une unité de brûleur à huile qui est allumée, il reçoit de la chaleur par rayonnement des parois de la chambre de combustion et de la flamme de l'huile, et il est également chauffé par lFs gaz de combustion, par convection. Simultanément, le dispositif de réglage des flammes est refroidi par le jet d'air sortant, à une température voisine de la température ambiante, du conduit d'air ainsi que par le jet de com- bustible qui peut heurter ce dispositif et être vaporisé par celui-ci. Dans certains cas, la quantité de chaleur fournie au dispositif de réglage des flammes peut ne pas con- venir pour chauffer le dispositif entier, spécialement sa partie centrale, au-dessus du point d'ébullition du combus- tible.
Le combustible fluide heurtant cette partie relati- vement froide du dispositif peut ne pas être vaporisé, mais tomber simplement goutte à goutte vers le bas, depuis cette partie, en direction du fond de la chambre de combustion,
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sans brûler, en particulier pendant l'intervalle qui suit immédiatement le démarrage de l'unité de brûleur à huile.
Un moyen permettant non seulement de main- tenir la partie centrale du dispositif de réglage des flam- mes au-dessus du point d'ébullition du combustible quand l'unité de brûleur est en cours de fonctionnement, mais aussi de le porter très rapidement à une telle température quand on démarre à froid, consiste à placer le dispositif de manière qu'il s'étende radialement au-delà du cône d'air pulvérisé. La partie périphérique du dispositif, quand il est ainsi disposé, agit à la manière d'une antenne réceptrice pour l'énergie calorifique de rayonnement.
L'énergie ainsi accumulée circule radialement vers l'intérieur à travers les éléments de la grille ou une autre structure équivalente du dispositif de réglage des flammes, se dirige vers la partie centrale du.dispositif et élève la température de cette partie, température qui, sans cela, serait anormalement ré- duite par le jet d'air. Des expériences ont démontré qu'une augmentation de la température de cette partie centrale depuis environ 204 jusqu'à environ 538 0. peut être obte- nue avec un dispositif de réglage s'étendant de cette manière.
Toujours en ce qui concerne la description détaillée des fig. 1 et 2, et en supposant que le dispositif 66 de réglage des flammes est de contour parfaitement sphé- rique et est réellement centré sur le nez ou point de sortie du jet du pulvérisateur 48, deux considérations entrent en ligne de compte pour le rayon du contour. La première est que ce rayon doit être suffisamment petit pour que, lorsque l'unité de brûleur à huile est allumée, mais qu'aucune tension n'est envoyée aux électrodes d'allumage 60 et 62, le combusti-
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ble ne brûle pas à droite du dispositif 66 de réglage des , flammes, c'est-à-dire entre ce dispositif et le pulvérisa- teur 48.
La seconde considération est que le rayon du con- tour du dispositif de réglage des flammes doit être suffisam- ment grand pour qu'.il n'y ai pas grand risque, lorsque le brûleur fonctionne, que de l'huile liquide vienne heurter les éléments en fil métallique de la grille. Ceci ne signifie pas que le combustible projeté par le pulvérisateur 48 devra être en totalité entièrement vaporisé au moment où il atteint le dispositif 66 de réglage des flammes. Ceci signifie en réalité qu'au moment où le combustible pulvérisé par l'ajutage atteint le dispositif 66, il doit être vaporisé à un degré au moins suffisant pour qu'il existe une enveloppe ou gaine de vapeur autour de chaque particule individuelle du combustible subsistant sous la forme de gouttelettes liquides.
On ne doit pas penser que, pour une application avantageuse du dispositif de réglage des flammes conforme à la présente invention, le contour présenté par ce dispositif dans le trajet des jets d'air et d'huile provenant d'une unité de brûleur à huile doit être sphérique. Un contour sphérique est réellement désirable, mais il peut être plan, ou même légèrement convexe, tel qu'on le voit depuis le pulvérisateur d'huile.
Egalement, même si la grille d'un dispositif particulier de réglage des flammes a un contour sphérique, il peut ne pas être possible dans tous les cas de centrer ce contour sur le bec du pulvérisateur d'huile 48,
Dans n'importe quel cas donné, pour un rayon de courbure fixe de la grille du dispositif de réglage des flammes, l'ajutage 48 peut devoir être déplacé vers
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617669 l'avant ou vers l'arrière avec le tronçon de tube 46 après desserrage de la vis moletée 54, pour obtenir des conditions de combustion optima. Ce résultat sera spécialement analogue à celui qu'on obtiendrait si un bec de pulvérisateur don- nant une forme particulière de jet d'huile était remplacé par un bec donnant une forme de jet un peu différente.
Quand on a fini de régler la positionddu pulvérisateur, on peut, si on le désire, disposer son bec de façon au moins légèrement excentrée par rapport au dispositif de réglage des flammes. On peut tolérer une telle excentricité et, en réalité, un dispositif ayant même un contour convexe dont la convexité est orientée vers le pulvérisateur peut être utilisé comme on l'a mentionné, à condition que le pulvérisateur soit écarté du dispositif pour assurer les deux conditions décrites précédemment. Dans les brûleurs d'huile de la dimension utilisée pour le chauffage domes- tique, l'écartement entre ces parties est habituellement compris entre 25 et 76 mm.
On va considérer le cas d'un dispositif de réglage des flammes ayant la structure d'une grille dont les fils métalliques s'étendent parallèlement et perpendiculairement les uns aux autres, bien que ce ne soit pas la seule structure de dispositif de réglage des flammes qu'on puisse utiliser conformément à l'invention.
La distance entre les axes des fils parallèles est de préférence comprise entre 3,17 et 19 mm et est de préfé- Ajouté 1 mot rence encore égale à environ 12,7 mm. En supposant que Approuvé : les éléments individuels du dispositif de réglage des aient flammes la forme de fils métalliques ronds, $bien que ce ne soit pas la seule forme de fil métallique ou d'élément
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de grille qu'on puisse utiliser conformément à la présente invention, le diamètre du fil est de préférence compris entre 0,76 et 6,35 mm., et est de préférence encore égal à environ 3,17 mm.
Le matériau dont est fait le dispositif de réglage des flammes doit être capable de supporter des températures pouvant atteindre 1371 C. pendant une longue période de temps. Ce matériau peut être de l'Inconel corroyé qui contient environ 79,5 % de Ni, 13 % de Cr, 6,6 % de Fe et des traces de Mn, Si, C, et Ou. Toutefois, le choix du matériau utilisé pour construire un dispositif de réglage des flammes ne repose pas uniquement sur la considération d'une utilisation prolongée, à des tempéra- tures assez constamment élevées.
On doit également tenir compte d'un fonctionnement temporaire dans une gamme de températures qui augmentent, mais sont encore relativement basses, directement après qu'une unité de brûleur à huile a été mise en route après un arrêt d'une durée notable.
Pendant cette période de démarrage temporaire, quand les parois de la chambre de combustion sont relativement froides, des gouttelettes de combustible pulvérisé peuvent heurter le dispositif de réglage des flammes et si celui-ci est égale- ment très froid, elles se rassemblent sur ce dispositif d'où elles tombent, sous forme liquide, sur le fond de la chambre de combustion, où elles brûlent d'une façon riche en combustion fumigène.' Pour des chambres de combustion très grandes et médiocrement carerifugées, la période de démarrage pendant laquelle du combustible s'égoutte peut durer un temps notable en l'absence de précautions spéciales pour éliminer ou au moins réduire cet égouttement.
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L'une des précautions qu'on peut prendre à cet effet consiste à utiliser un ou plusieurs matériaux ayant une diffusivité thermique élevée, pour construire les dispositifs de réglage des flammes. La température d'un dispositif construit de cette manière s'élève rapidement lors du démarrage d'une unité de brûleur à huile à laquelle il est adjoint, et le temps pendant lequel, après le démarrage, il est assez froid pour que le combustible liquide se rassemble sur ce dispositif est d'une brieveté correspondante.
Pour définir ce concept plus clairement, aussi bien quantitativement que qualitativement, on a établi le tableau suivant :
TABLEAU I
EMI19.1
<tb> Matériau <SEP> Diffus! <SEP> vite <SEP> thermique <SEP> (dm2/h) <SEP> Applications
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Argent <SEP> 55,8 <SEP> Grandes <SEP> unités,
<tb>
<tb> médiocrement <SEP> ca-
<tb>
<tb> lorifugées.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Cuivre <SEP> 40,8 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> béryllium. <SEP> 26 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 23,2 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 5,5 <SEP> Unités <SEP> moyennement
<tb>
<tb>
<tb> calorifugées
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acier <SEP> doux <SEP> 2,8 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acier <SEP> inoxydable <SEP> 0,90-1,8 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Alliages.nickel-chrome
<tb>
<tb> ("Inconel") <SEP> 0,90-1,8 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Matières <SEP> céramiques
<tb>
<tb>
<tb> calorifuges <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,90 <SEP> Unités <SEP> parfaitement
<tb>
<tb> calorifugées
<tb>
et autres matières céramiques bonnes conductrices.
Pour des métaux revêtus, la diffusivité du produit composite est une fonction de la diffusivité individuelle du métal de support et son matériau de revê- tement, et de la masse ou épaisseur relatives de chacun d'eux.
Des exemples de métaux revêtus sont le cuivre chromé ou
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revêtu de céramique appliquée à la flamme, le nickel chromé et l'acier doux chromé.
Comme on le voit sur le tableau I, un matériau ayant une diffusivité thermique relativement élevée est nécessaire pour qu'on puisse utiliser des dispositifs de réglage des flammes avec des unités de brûleurs à huile associées à des foyers ou chambres de combustion de grandes dimensions et médiocrement calorifugés. Par ailleurs, avec des unités associées avec des foyers de petites dimen- sions et bien calorifugés, il est possible d'utiliser des dispositifs de réglage des flammes faits de matériaux tels que des matières céramiques ou des métaux revêtus de matière céramique ayant des diffusivités thermiques comprises dans les gammes moyennes ou basses. Pour des matériaux tels que le cuivre, un revêtement protecteur est nécessaire pour empêcher l'oxydation. Ce revêtement peut être par exemple en chrome.
L'oxyde de béryllium, par ailleurs, n'exige pas de.:.'revêtement protecteur car c'est un matériau du type céramique qui ne s'oxyde pas et ne subit pas de corrosion.
Du fait qu'il résiste à l'oxydation et à la corrosion, BeO peut donner de très bons résultats comme matériau pour construire un dispositif de réglage des flammes destiné à une unité de brûleur à huile, même dans un foyer assez grand et qui n'est pas parfaitement calorifugé.
Pour démontrer clairement qu'une diffusivité thermique élevée du matériau du dispositif de réglage des flammes a en réalité pour effet de réduire la longueur de la période ci-dessus décrite pendant laquelle le combustible heurte le dispositif et s'en égoutte, on donne sur le tableau ci-après les résultats d'expériences et d'observations faites avec un four médiocrement calorifugé.
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TABLEAU II
EMI21.1
<tb> Matériau <SEP> du <SEP> dispositif <SEP> Diffusivité <SEP> Temps <SEP> d'égouttement
<tb> de <SEP> réglage <SEP> de <SEP> la <SEP> lon- <SEP> thermique <SEP> du <SEP> combustible
<tb> gueur <SEP> de <SEP> la <SEP> flamme <SEP> dm2/heure <SEP> Minutes
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 40,8 <SEP> 0,4
<tb>
<tb> "Inconel" <SEP> 1,2 <SEP> 2,0
<tb>
Ces résultats montrent qu'en ce qui concerne le cuivre et l'Inconel, une réduction notable de la longueur de la période d'égouttement du combustible après la mise en route de l'unité de brûleur à huile est obtenue grâce à l'utilisation du matériau de diffusivité thermique supérieure pour construire le dispositif de réglage des flammes.
L'utilisation, dans un dispositif de réglage des flammes, d'un matériau ayant une diffusivité thermique élevée et d'une structure particulièrement calibrée pour constituer une zone appréciable formant antenne thermique qui s'étend au-delà du cône d'air de l'unité de brûleur à huilée avec laquelle le dispositif doit être utilisé représentent des moyens généraux complémentaires et non contradictoires. Ces deux utilisations tendent à l'obtention d'une élévation rapide de la température du dispositif de réglage, en particulier dans sa partie centrale, jusqu'à une valeur dépassant la température d'ébullition de l'huile combustible, lorsque l'unité de brûleur à huile est mise en route.
Un autre moyen permettant d'obtenir cette élévation rapide de la température ou un effet équivalent celui-ci consisterait à utiliser un fil de résistance noyé dans les éléments de grille du dispositif de réglage des flammes, enroulé autour de ces éléments ou constituant les dits éléments, les conducteurs de ce fil étant reliés à une source d'électricité par l'intermédiaire du commutateur de l'unité de brûleur à huile commandant le ventilateur d'air
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et la pompe d'huile combustible. Il serait désirable de prévoir un élément de retard pour retarder le démarrage au moins de la pompe à huile après l'ouverture du commu- tateur principal jusqu'à ce que le courant ait circulé assez longtemps dans le fil de résistance pour chauffer le dispositif de réglage à un degré considérable.
On pourrait également prévoir de préférence un interrupteur sensible à la chaleur qui s'ouvrirait pour arrêter le passage du courant vers le dispositif lorsque la température dans la chambre de combustion aurait atteint une certaine valeur prédéterminée. Cet interrupteur se fermerait lors de l'arrêt de l'unité de brûleur à huile et du refroidisse- ment de la chambre de combustion pour mettre le fil de résistance en état en vue de l'excitation lors d'une remise en route suivante de l'unité de brûleur à huile.
Encore un autre moyen permettant d'obtenir une élévation rapide de la température d'un dispositif de réglage des flammes ou un effet équivalent à celui-ci consisterait à prévoir, dans l'unité de brûleur à huile à laquelle le dispositif est associé, une action de flamme pilote appropriée. Cette action' serait telle qu'une flamme pilote serait créée avant le démarrage complet du brûleur, lors de l'ouverture de 1!interrupteur principal, la dis- position et la force de cette flamme étant telles qu'elle pourrait avoir un effet sur le dispositif de réglage des flammes et le chauffer à un degré appréciable.
On va maintenant étudier la fig. 3, sur laquelle une vue similaire à celle de la fig. 2 représente une variante de dispositif de réglage des flammes conforme à la présente invention. Sur la fig. 3, le dispositif de réglage désigné par 68'est en spirale et est supporté dans
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l'ouvreau 40 par des tirants 70. Bien entendu, la forme d'une spirale n'est pas la seule forme que puisse avoir le dispositif en dehors de la forme de grille rectangulaire représentée sur la fig. 2. Une autre forme serait celle d'une grille polaire. Encore une autre forme serait celle de particules discrètes enrobant des fils métalliques très fins essentiellement aux points de croisement des fils de la structure de grille de la fig. 2. Certaines autres configurations particulières de ce dispositif conforme à l'invention sont décrites plus loin.
On va maintenant examiner les fig. 4 et 5 sur lesquelles un dispositif 72 de réglage des flammes, qui présentera contour plan et a la forme d'une grille en métal déployé, est fixé à l'ouvreau 74 par plusieurs tirants rectilignes 76. L'ouvreau lui-même, qui est un peu différent par sa forme de l'ouvreau 40 représenté sur les fig. 1, 2 et 3, est monté extérieurement sur le conduit d'air 78 du brûleur et y est fixé par plusieurs vis 80. Des tirants 76 sont disposés de manière telle, par rapport au dispositif 72 et à l'ouvreau 74 que ce dernier puisse être monté sur le con- duit 78 de manière telle que tous les tirants soient in- clinés au moins légèrement vers le bas, depuis l'ouvreau et en direction du dispositif de réglage des flammes.
Ceci empêche le combustible liquide pulvérisé qui peut s'accumuler temporairement sur le dispositif de réglage de revenir, en circulant le long des tirants, vers l'ouvreau et vers le conduit d'air, et de s'écarter de la zone de combustion.
En outre, les tirants 76 sont disposés de manière telle par rapport au dispositif 72 et à l'ouvreau 74 que, lorsque l'ouvreau est monté sur le conduit d'air et que les tirants sont inclinés légèrement vers le bas depuis
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l'ouvreau,en direction du dispositif de réglage des flammes ,tous les éléments de grille individuels, du dispositif soient disposés de manière similaire et symétrique plus près de l'horizontale que de la verticale.Cette orientation de la structure de grille assure une descente moyenne minimum d'une gouttelette de combustible liquide,par unité de lon- gueur de son trajet le long d'un élémen-tlindividuel quicon- que de la grille .De cette manière,
les gouttelettes d'huile qui heurtent la grille peuvent y rester un temps plus long lors de la mise en route d'ununité de brûleur à huile qui était froide, et ces gouttelettes ont donc plus de chance de se vaporiser et de brûler de la manière dési- rée avant de tomber du dispositif de réglage des flammes dans le fond de la chambre da combustion.
Dans un mode de réalisation de l'appareil conforme à l'invention donné à titre d'exemple, un dispositif deréglage des flammes similaire dans son ensemble au dis- positif 72 des fig. 4 et 5 ,peut avoir approximativement les dimensions suivantes :
EMI24.1
<tb> Diamètre <SEP> hors-tout <SEP> 57,1 <SEP> mm
<tb>
<tb> Largeur <SEP> des <SEP> éléments <SEP> 2,54 <SEP> mm
<tb>
<tb> Epaisseur <SEP> des <SEP> éléments <SEP> 1,27 <SEP> mm
<tb>
<tb> Ecartement <SEP> des <SEP> éléments <SEP> 12,7 <SEP> mm
<tb>
<tb> En <SEP> examinant <SEP> maintenant <SEP> les <SEP> fig. <SEP> 6 <SEP> et <SEP> 7 <SEP> , <SEP> on
<tb>
voit qu'un dispositif 82 de réglage des flammes comprenant une/structure de grille 84 est fixé à un ouvreau 86 par plu- sieurs tirants 88 dont chacun est caractérisé parune portion dentelee.
L'ouvreau 86 est similaire à l'ouvreau 74 et il est monté sur un conduit d'air 90 similaire au conduit d'air 78 et auquel il est fixé par des vis.Les tirants 88 s'étendent sensiblement horizontalemendepuis le conduit d'air 86 jusqu'à la structure de grille 84.Toutefois,un début de retour du
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combustible liquide depuis le dispositif de réglage des flammes jusqu'à l'orifice d'air, le long des tirants, est empêché par les zones dentelées prévues dans les tirants et qui servent a à retenir le combustible. Des tirants aynt la structure représentée sur la fig. 6 peuvent être utilisés alternativement avec des tirants rectilignes, inclinés vers le bas, du genre représenté sur les fig.4 et 5, ainsi que sur d'autres figures.
Toutefois, le fait important dans chaque stucture est que le combustible dont l'écoulement est déterminé par la pesanteur ne doit pas pouvoir facilement revenir d'un dispositif de réglage de la longueur de la flamme vers ou dans l'unité de brûleur d'huile qu'il dessert.
La structure de grille 84 du dispositif 82 de réglage des flammes est de forme généralement similaire à la structure de grille 72 représentée sur les fig. 4 et 5 et son orientation est similaire. Toutefois, en plus de la structure de grille 84 , le dispositif de réglage des flammes 82 comprend plusieurs éléments de tiges 92 fixés à la structure de grille 84 de manière à s'étendre à partir de celle-ci à distance de l'arifice d'air 86 et sensible- ment parallèlement à l'axe. géométrique du jet d'huile et de l'air sortant du conduit d'air 90 et de l'ouvreau. Les éléments de tige 92 agissent à la manière d'une antenne réceptrice pour la chaleur de rayonnement émise par la flamme du brûleur d'huile.
La chaleur transmise par rayonnement à ces tiges circule le long de celle-ci jusqu'à la structure de grille 84 et aide à maintenir cette structure à une température élevée.
Il ressort de la description qui précède que des éléments de tiges 82 s'étendant axialement ou longitudi- nalement ont le même effet vis-à-vis de la structure de grille 84 que n' importe quelle portion de cette structure
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elle-même qui s'étend radialement au-delà de la couche limite d'un jet d'air sortant du conduit d'air 90 et déchargé par l'ouvreau 86 et le dispositif 82 de réglage des flammes,une telle portion constituant un récepteur de chaleur de rayon- nement qui est -avantageux pour la partie centrale de la structure de grille, comme on l'a déjà expliqué au sujet de la fig. I.
L'utilisation d'éléments de tiges s'étendant longitudinelement et l'utilisation d'une portion de structure de grille périphérique ou extérieure s'étendant radialement, dans le même dispositif de réglage des flammes, ne sont nullement incompatible.. Toutefois, quand on utilise des éléments longitudinaux tels que les tiges 92 ,il est possible de réduire au moins à un certain degré le diamètre ou étendue transversale hors-tout du dispositif de réglage des flammes, tout en obtenant l'envoi d'une quantité de chaleur appropriée vers la partie centrale du dispositif, qui est normalement relativement froide.
La possibilité d'utiliser des tiges 92 s'éten- dant longitudinalement au lieu d'une portion périphérique de structure de grille s'étendant exagériément loin dans le sens radial en vue de maintenir la température de la portion centrale d'un dispositif de réglage de la longueur des flammes à une température au moins un peu supérieure au point d'é- bullition de l'huile combustible est un fait pratique im- portant. Il en est ainsi parce qu'un dispositif de réglage de la longueur des flammes ne peut pas être prolongé indéfini- ment dans le sens radial, en tous cas pas assez pour constituer dans tous les cas une antenne recevant la chaleur de rayonnement suffisemment grande. Le diamètre du dispositif est limité environ au double du diamètre de l'orifice de sortie de l'ouvreau auquel le dispositif est associé.
Si le dispositif de réglage des flammes a un diamètre notablement supérieur à celui-ci,
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il existe un risque de surchauffe à son bord extérieur.
On va maintenant examiner la fig. 8 sur la- quelle on voit qu'un dispositif 94 de réglage des flammes, similaire au dispositif 72 , est fixé à un ouvreau 96 par par plusieurs tirants 98: L'ouvreau 96 est similaire à l'ouvreau 74 et les tirants 98 sont similaires aux tirants 76. Le dispositif de réglage 94 lui-même présente cette différence particulière, par rapport au dispositif 72.., qu'aux points de croisement ou de jonction de ses éléments de grille il présente plusieurs lumière traversantes 100.
Ces lumières servent à dissiper l'accumulation de combustible liquide qui a heurté les éléments de grille du dispositif 94 de réglage des flammes et a été arrêté par ces éléments , puis a commen- cé à s'écouler le long de ceux-ci pour s'accumuler sur une hauteur suffisante pour tomber goutte à goutte du dispositif en direction du fond de la chambre de combustion . Des obser- vations visuelles et des photographies ont montrés que, lorsqu'il se produit une accumulation de combustible liquide sur un dispositif de réglage des flammes, elle ne se produit que sur le côté aval, du dispositif, c'est à dire le côté opposé à celui qui est exposé au pulvérisateur d' huile de l'unité de brûleur à huile à laquelle le dispositif est associé.
Lorsqu'un filet d'huile combustible circule le long de n'importe quel élément de grille, il se trouve très rapidement obligé de circuler au-tour ou en travers de l'une des lumières 100 en vue de continuer à se déplacer. Des jets d'air sortent bien entendu de ces lumières au cours d'un fonctionnement normal du brûleur à huile, et ces jets ont pour effet important d'expulser le combustible liquide qui tente de circuler le long des éléments de grille ; autrement dit, le combustible circulant le long des éléments de grille pendant la période de mise en route
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du brûleur par exemple ne peut pas passer en totalité au - delà des lumières 100 se trouvant sur son chemin et s'accu- muler sur une grande épaisseur au fond du dispositif de réglage des flammes et tomber hors de celui-ci.
Le com- bustible qui est expulsé du dispositif 94 par les jets d'air émanant des lumières 100 est déchargé en direction de la zone de combustion régulière d'un foyer où il est brûlé utilement.
En examinant ensuite la fig. 9, on voit qu'un dispositif 102 de réglage des flammes, constitué par une struc- ture de grille sensiblement similaire au dispositif 72 ,est fixé à l'ouvreau 104 par plusieurs tirants 106 .L'ouvreau 104 est similaire à l'ouvreau 72 et les tirants 106 sont similai- res aux tirants 76 . La différence particulière entre - les dispositifs 102 et 72 de réglage des flammes réside dans le fait que le dispositif 102 présente une région découpée 108 située généralement à une distance radiale, par rapport à son axe normal, qui correspond à la distance séparant l'axe géométrique du conduit d'air du brûleur ( conduit sur lequel est prévu l'ouvreau 104 ) et les électrodes d'allumage 110 et 112 montées dans le conduit .
L'ouvreau 104 est ori- enté, par rapport au conduit d'air sur lequel il est monté, de façon telle que la région découpée 108 du dispositif 104 de réglage des flammes soit,d'une manière générale, en aligne- ment longitudinal avec les électrodes 110 et 112 .
Le rôle de la région découpée 108 est d'éliminer un problème possible de formation de coke sur le dispositif de réglage des flammes en raison du fonctionnement du système d'allumage du brûleur à huile Ce système peut fonctionner continuellement, tandis que l'unité de brûleur à huile fonctionne,, ou bien il! peut ne fonctionner que pendant une courte période de temps,par exemple environ 1,5 minu-
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te, après la mise en route de l'unité.
Qand une partie de la structure d'un dispositif régulateur de la longueur des flammes est disposée directement en aval par rapport aux électrodes d'allumage, une difficulté réside dans le fait que 1'étincelle jaillit entre les deux électrodes a pour effet de polymériser une partie de l'huile contenue dans le jet émanant du pulvérisateur, cette matière polymérisée tendant à s'agglomérer soue la forme de coke sur la partie susmentionnée du dispositif régulateur de la longueur des flammes. Le taux de cokéfaction peut être tel, pour une opération aussi bien continue qu'intermittente du système d'allumage, que la géométrie effective du dis- positif de réglage des flammes se trouve modifiée au point d'altérer notablement le fonctionnement de l'unité de brûleur à huile.
En disposant d'un dispositif de ré- glage des flammes caractérisé par une région découpée suffisamment grande et convenablement orientée telle que la région 108, on ménage un orifice d'échappement à travers lequel le combustible ou le mélange combustible/air formant coke peuvent circuler vers l'aval des électrodes sans heurt notable d'une portion quelconque de la structure du dis- positif de réglage des flammes.
On va maintenant examiner les fig. 10, II et 12 sur lesquelles on voit que des dispositifs de réglage des flammes, sous la forme d'une plaque perforée 114, d'une série de couronnes concentrique 116 et d'un noyau à rais, d'une étoile ou d'un ventilateur à pales multiples, sont fixés respectivement à des ouvreaux 120, 122 et 124 par plusieurs tirants désignés respectivement par 126, 128, et 130. Les ouvreaux 120, 122, et 124 sont similaires à l'ouvreau 74 et les tirants 126, 128 et 130 sont simi- laires aux tirants 76.
Les dispositifs II4, 116 et 118
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de réglage de flammes sont en eux-mêmes représentatifs des structures de grille, qui, bien qu'elles ne constituent pas nécessairement des modes de réalisation préférées de la présente invention, entrent néamoins dans le cadre de l'invention.
Sur la fig. 13, on a représenté un dispositif
132 de réglage des flammes qui est sous la forme d'une maçon- nerie ou d'une grille rectangulaire, un groupe d'éléments paral- lèles de nature discontinue état fixé à l'ouvreau 134 par plusieurs tirants 136.: L'ouvreau 134 est similaire à l'ouvreau 74 et les tirants 136 sont similaires aux ti- rants 76. Le dispositif 132 lui même est caractérisé par une zone découpée 138 qui correspond par son emplace- ment et son rôle à la zone découpée 108 du dispositif 102 de réglage des flammes représenté sur la fig. 9.
Cet em- placement et ce rôle sont bien entendu des considérations d'une nature générale qui ont une importance dans la conception des dispositifs de réglage des flammes par ailleurs con- formes à l'invention ; autrement dit, ces considérations ne s'ap- pliquent pas que dans le cas des dispositifs des fig. 9 et 13.
Du fait de l'orientation de l'ouvreau 134 par rapport au conduit d'air du brûleur sur lequel il est montée les éléments parallèles continus de la structure de grille du dispositif de réglage des flammes s'étendent horizontale- ment tandis que ses éléments discontinus s'étendent vertica- lement. De cette manière, le combustible liquide qui a heurté la grille et y est retenu trouve difficilement un chemin pour circuler vers le bas avant de s'égoutter de la grille.
Le temps de séjour du combustible liquide sur le dispositif de réglage des flammes se trouve ainsi augmenté, ce qui donne au combustible plus de chances de se vaporiser et de
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brûlede la manière normale et désirée. Dans un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple, un dispo- sitif de régage des flammes, sensiblement similaire au dis- positif 132 de la fig. 13 , pourrait avoir les dimensions approximative suivantes :
EMI31.1
<tb> Largeur <SEP> des <SEP> éléments <SEP> 2,54 <SEP> mm
<tb>
<tb> Epaisseur <SEP> des <SEP> éléments <SEP> 1,27 <SEP> mm
<tb>
<tb> Ecartement <SEP> des <SEP> éléments
<tb> continus <SEP> 6,35 <SEP> mm
<tb>
<tb> Ecartement <SEP> des <SEP> éléments
<tb> discontinus <SEP> 12,7 <SEP> mm
<tb>
En examinant maintenant la fig. 14, on voit qu'on a repré- senté une variante de la présente invention dans laquelle un dispositif 140 de réglage des flammes, sous la forme d'une grille rectangulaire telle que celle qui est repré- sentée sur les fig.
I et 2,- est fixée par plusieurs tirants 142 à un écran 144 protégeant le pulvérisateur de la cha- leur qui est lui-même monté sur le pulvérisateur 48 à l'aide de plusieurs vis de réglage 146 et des écrous de réglage 148, L'écran 144 de protection contre la chaleur est caractérisé par la présence d'une région terminale 150 s'évasant vers l'extérieur et située à l'extrémité de l'écran qui est si- tuée en amont par rapport à l'huile circulant dans le pulvéri- sateur 48, d'un orifice de vidange 152 permettant de le débarrasser de toute accumulation possible de combustible liquide et plusieurs ondulations 154 prévues à son extré- mité aval et qui permettent de placer l'élément de protection na longitudi lement sur le pulvérisateur et de l'aligner radiale- ment par rapport au nez 156 du pulvérisateur de cet appareil.
L'écran 144 de protection,contre la chaleur est encore caractérisé par lé fait que son diamètre interne ou diamètre de son alésage est supérieur au diamètre' externe
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du pulvérisateur d'huile 48 à un degré suffisant pour qu'il existe un passage annulaire continu de largeur radiale notable entre l'élément de protection et le pulvérisateur.
Ce passage assure la circulation de l'air au voisinage étroit du pulvérusateur et autour de celui-ci, en particulier autour de son nez 156, pendant le fonctionnement normal de l'unité de brûleur à'huile . Une certaine quantité d'air circulant le long du conduit d'air du brûleur se trouve amenée autour du pulvérisateur par la région terminale évasée 150 de l'élément de protection 144- , et cet air circule ensuite dans l'élément de protection pour passer le long du nez 156 et sortir ensuite en passant entre les ondulations 154 ména- gées dans l'élément de protection.
Cette circulation d'air exerce un effet notable pour maintenir froide le nez de pulvé- risateur, effet qui s'ajoute bien entendu à l'action primaire exercée par l'élément de protection 144 qui protège le nez 156 d'un chauffage par rayonnement anormal à partir de la chambre de combustion. Un chauffage excessif du nez du pulvé- risateur peut déterminer la formation de coke et de matériaux vernissants dans ses fentes de tourbillonnement,avec pour résul- tat une rupture de la forme normale du jet d'huile et, éventu- ellement un blocage total de l'arrivée du jet d'huile.
Le diamètre externe du dispositif I40 de ré- glage de la longueur des flammes tel que représenté est infé- rieure au diamètre de l'alésage du conduit d'air 40. Une telle dimension des diamètres permet d'extraire le pulvérisateur comprenant l'écran de protection contre la chaleur et le dispositif de réglage des flammes de l'unité de brûleur à huile en le tirant vers l'arrière à travers le conduit d'air ; autrement dit, on peut ainsi accéder au pulvérisateur sans pénétrer dans la chambre de oombustion ou démonter le conduit d'air du brûleur de la paroi du foyer ou il est logé.
Par ailleurs, l'utilisation de tels diamètres signifie
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que la structure de grille fondamentale 158 du dispositif 140 de réglage des flammes ne peut pas s'étendre au-delà de la couche limite du jet d'air se dilatant lentement qui sort de l'ouvreau 40 et, de ce fait, le dispositif ne peut pas comporter l'antenne s'étendant radialement pour recevoir la chaleur de rayonnement qu'on a décrite comme une caractéristique du dispositif 66 de réglage des flam- meeprésenté sur les fig. 1 et 2, par exemple.
En consé- quence, en plus de sa structure fondamentale de grille, le dispositif 140 de réglage des flammes comprend plusieurs éléments de tige 160 s'étendant longitudi-nalement, qui sont similaires par leur forme et leur rôle aux éléments 92 fixés à la structure de grille 84 du dispositif 82 de réglage des flammes représenté sur les fig. 6 et 7.
L'ensemble formé par le dispositif de réglage des flammes et l'écran de protection contre la chaleur, repré- senté sur la figure 14 , peut être installé très facilement dans une unité de brûleur à huile déjà existante, plus faci- lement dans beaucoup de Bas qu'un nouvel ouvreau auquel est fixé le dispositif de réglage des flammes. Une fois que l'installation représentée sur la figure 14 est effectuée, on détermine.la distance entre la structure de grille du dispositif 140 et l'extrémité de sortie du pulvérisateur 48.
Ceci est désirable du fait qu'une fois que la distance appropriée a été déterminée et que les pièces nécessaires ont été dessinées et fabriquées en conséquence, le dispo- sitif do réglage des flammes et le pulvérisateur peuvent être assembée et être utilisés pendant un moment, mis à part l'entretien, et être ensuite remontés sars aucun essai.
En examinant la figure 15 , on voit qu'on y a représenté un autre mode de réalisation de l'invention
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dans lequel le dispositif de réglage des flammes 162 est fixé par plusieurs tirants 164- à un nez 166 de pulvérisateur d'huile. D'une manière générale, le dispositif 162 de ré- glage des flammes est similaire au dispositif 140 de réglage des flammes représenté sur la figure 14 autrement dit , il comprend une structure fondamentale de grille 168 et plusieurs éléments de tige 170 s'étendant longitudinalement et fixés à cette structure. Le nez 166 du pulvérisateur est généralement similaire au nez 156 représenté sur la fugure 14 et on peut vraiment estimer qu'il est identique à ce dernier en vue d'une substitution dans le pulvérisateur 48 .
Pour une telle substitution, il faudrait prévoir un é- cran de protection contre la chaleur qui comporterait des fentes appropriées pour recevoir les tirants 164 ,en suppo- sant que l'utilisation d'un écran de protection contre la cha- leur, soit nécessaire.
On peut voir que lorsque le dispositif 162 de réglage des flammes est supporté directement à partir du nez 166 du pulvérisateur , l'installation du dispositif consiste en fait uniquement à changer un nez sur le pulvéri- sateur. Cette opération est classique dans l'entretien des unités de brûleurs à huile et l'accès nécessaire aux pièces du brûleur en vue de pouvoir effectuer cette opération sans démonter l'unité de brûleur à huile du foyer auquel elle est associée est presque toujours assuré. En conservant les agencements représentés sur la figure 13 ,le diamètre du dispositif 162 de réglage de flammes reste suffisamment petit pour qu'on puisse le faire passer sans difficulté dans l'ouvreau 40 en vue de l'extraire ou de le mettre en place.
On va maintenant étudier la figure 16 sur
<Desc/Clms Page number 35>
laquelle un mélange combustible 172 d'huile et d'air est représenté par des flèches au sommet ou il se rapproche des divers éléments horizontaux de grille 174 du dispositif de réglage des flammes qui peut être considéré comme étant simi- laire au dispositif 66 . Pour simplifier la représentation de l'écoulement des matières brûlées et non brûlées, les élé- ments verticaux de la grille ne sont pas représentés sur la figure 16 ,De même et pour une raison identique, les éléments horizontaux ne sont représentée qu'en -coupe. mélange
Lorsque le/combustible 172 parvient aux éléments de grille 174 et passe entre ceux-ci, la récep- tion du mélange se fait grâce à des modifications de la vitesse aussi bien que de la densité.
La réduction de la section transversale de la couche limite du mélange en circulation, réduction qui est due à la surface frontale présentée par les. éléments de grille, tend à augmenter la vitesse du mélange.
Par ailleurs, une certaine compression ou augmentation de la densité du mélange combustible se produit en amont du dispo- sitif de réglage des flammes, et cette compression tend à di- minuer la vitesse du mélange. Toutefois, la caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait qu'à mesure que les courants divisés de mélange combustible circu- lent le long des éléments de grille 174 et au-delà de ceux- ci, des zones 176 de courant tourbillonnaire sont créées en aval de chacun de ces éléments. Dans ces zones, le mélange non brûlé esencore dans un état de turbulence élevée, bien qu'à une échelle réduite par comparaison avec la turbulence régnant sur le côté amont de ces éléments de grille et, ce qui est plus important, ce mélange possède une vitesse avant nette qui est faible.
Les conditions de combustion existant dans les zones 176 de courant tourbillonnaire sont donc bien meilleures que les conditions régnant , par exemple , dans Ajouté 1 mot, Approuvé:
EMI35.1
V\ ......"', ....;:d\
<Desc/Clms Page number 36>
le noyau, à déplacement rapide, du mélange non brûlé 172 se trouvant à droite des éléments de grille 174.
On. va maintenant supposer qu'une tension est appliquée aux bornes des électrodes d'allumage telles que les électrodes 60 et 62 pour faire jaillir une étncelle entre ces électrodes et enflammer au moins une partie du mélange d'huile et d'air sortant du conduit d'air de l'unité de brûleur à huile avec laquelle est associé le dispositif de réglage des flammes qu'on a représenté, ce qui provoque le chauffage du mélange combustible immédiatement environnant.
Quand ce mélange combustible enflammé et chauffé parvient aux éléments de grille 174 ,au moins une partie du mélange passe dans les zones 176 de courant tourbillonnaire.Dans ces zones, le mélange combustible qui brûle déjà continue à brûler, tandis que celui qui a été chauffé à la température de combustion par l'étincelle et ou le mélange initialement allumé par l'étincelle, mais qui n'a pas encore été lui-même enflammé, s'enflamme à son tour en raison detrès bonnes condi- tions de combustion régnant dans les zones de courant tourbil- lonnaire.
Une fois que la combustion a été établie dans au moins certaines des zones 176 de courant tourbillonnaire, cette combustion ayant lieu très rapidement losqu'on fait jaillir une étincelle entre les électrodes, ces zones de cou- rant tourbillonnaire deviennent des ones de combustion régulière à mesure que du mélange combustible 172, frais et non brûlé, y parvient. On peut alors cesser d'appliquer une. tension aux bornes des électrodes pour arrêter la formation d'étincelles d'allumage.
Les produits de la combustion engendrés dans les zones de courant tourbillonnaire dans lesquelles la com- bustion a lieu doivent bien entendu circuler vers l'aval de
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ces zones dans n'importe quel fonctionnement régulier de l'unité de brûleur à'huile. A mesure que ces produits en- flammés circulent vers l'aval, ils se dilatent parce que leur température est beaucoup plus élevé que celle de la matière non brûlée d'ou ils proviennent et également en raison d'effets de diffusion. Les matières gazeuses enflammées et dilatées, provenant de certaines des zones de courant tourbillonnaire sont bien entendu en contact avec les portions du mélange non brûlé 172 qui circulent à travers des éléments de grille adjacente 174 sans être entraînées dans ces zones.
A condi- tion que les zones de courant tourbillonnaire soient individu- ellement d'une dimension suffisante et qu'elles soient suf- fisamment rapprochées,les fronts de flamme qui délimitent des zones de courant les régions de dilatation des produits de la combustion provenant/ tourbillonnaire se dilatent et atteignent les courants de mé- lange non,brûlé passant entre des éléments de grille adjacente
174. Lorsque ce mélange non brûlé rencontre un front de flam- me ou qu'un front de flamme se déplace pour le rencontrer,il de trouve lui-même enflammé pour entretenir la flamme.
Une caractéristique supplémentaire et très-im- portante réside dans le fait que la chaleur dégagée par une zone de courant tourbillonnaire enflammée et par les pro- duits de combustion provenant de cette zone détermine l'alluma- ge du mélange combustible non brûlé dans une zone adjacente r de cotant tourbillonnaire qui ne s'était pas enflammée initia- lement. L'inflammation de la matière dans cette zone et le passage de produits de combustion chauds et en cours de dila- tation provenant de cette zone détermine l'entaînement d'au moins un courant encore de mélange combustible non brûlé cir- culant entre les éléments de grille 174 En outre, bien entendu, ceci détermine l'inflammation du mélange combustible dans une autre zone encore de courant tourbillonnaire.
On
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voi-, donc ainsi que le mélange se trouvant dans les zones de courant tourbillonnaire s'enflamme dans une zone après l'autre, en succession, ce qui fait que la flamme du brûleur d'huile augmente de façon rapide mais contrôlée, du côté aval des éléments de grille, avec entraînement concomitant, par les fronts de flamme, du mélange combustible non brûlé cir- culant entre les éléments 174 de la grille. Dans des con- ditions stables, par conséquent, uniront de flamme 178 qui, s'il est de forme irrégulière est sensiblement continu, s'étend entre les éléments de la grille. Ce front de flamme s'étend également au-delà des éléments extérieurs extrêmes, dans la couche limite du mélange d'huile et d'air en circulation, ou les vitesses sont relativement lentes.
En aval du front de flamme 178 , ilexiste une zone snsiblement pleine ou trans- versalemencontinue de matière enflammée 180 s'étendant to- talement en travers du trajet du jet d'air libre provenant du conduit d'air de l'unité de brûleur à huile. Essentiel- lement la totalité du combustible pulvérisé par le pulvérisa- teur de l'unité se trouve ainsi brûlée dans le jet d'air prin- cipal. On a indiqué que, pour que l'accroissement des flammes décrit ci-dessus puisse se produire en travers des éléments de grille 174 , il faut satisfaire des exigences concernant la dimension et l'écartement des zones de courant tourbillonnaire.
Pour un écartement donné de ces zones la dimension des zones individuelles'ne peut pas descendre au-dessous d'une valeur minimum et chaque zone individuelle en flamme doit cependant émettre une quantité de chaleur suffisante¯pour enflammer une zone tourbillonnaire adjacente qui ne l'est pas encore. De façon correspondante, pour une dimension donnée des zones de courant tourbillonnaire indivi- duelles, l'écartement des zones adjacentes ne peut pas dépas- ser une valeur maximum et l'inflammation zone par zone doit
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cependant rester progressive.
De plus, bien que le mélange combustible se trouvant dans des zones de courant tourbil- lonnaire adjacentes soit enflammé, il existe une valeur mini- mum quant à la dimension des zones et une valeur maximum quant à l'écartement des zones, pour des conditions opératoi- res données, afin que les fronts de flamme puissent se déve- lopper suffisamment pour entraîner le mélange non brûlé passant entre les deux zones d'inflammation. Si ces exigences concernant une dimension minimum et un écartement maximum ne sont pas satisfaites, ce seront les front de flamme provenant des zones de courant tourbillonnaire qui seront saisis par le mélange combustible non brûlé.
La dimension des zones de courant tourbillonnaire et l'écartement de ces zones sont en relation directe avec la dimension et l'écartement des éléments de grille 174.
Des intervalles préférés pour les valeurs de ces quantités ont été donnés précédemment dans le cas d'un dispositif de réglage des flammes dont les éléments s'étendent parallèlement et perpendiculairement les uns aux autres. Les intervalles préférés mentionnés ne sont pas particuliers à cette structure de grille rectangulaire seulement, mais ont une portée géné- rale. Par exemple, dans le dispositif en spirale 68 réglant la dimension des flammes, qui est représenté sur la fig. 3 ltécartement entre lescentres des spires adjacentes, sur n'importe quel axe essentiellement radial, est de préférence compris entre 3,17 et 19,05 mm. De même, en supposant qu'on utilise un fil métallique de section ronde pour former cet élément en spirale, son diamètre est de préférence compris entre 0,76 et 6,35 mm.
Sur la fig. 17 , on à représenté un dispositif 182 de réglage des flammes qui représente un contour sphérique
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et comprend plusieurs éléments de grille 184 qui sont indivi- duellement de section transversale en forme de V . L'un des avantages d'une telle section transversale, par comparaison avec les éléments plains de section ronde représentés en 174 sur la fig. 16 , réside dans le fait que, pour une affica- cité égale en ce qui concerne l'établissement de zones de courants tourbillonnaires, sur le côté aval du dispositif de réglage des flammes, il faut un poids moins grand de métal ou d'autre matériau pour construire la structure de grille .
Avec ce poids de métal plus faible, le dispositif 182 de réglage des flammes présente une capacité thermique réduite et atteint donc plus rapidement la température de fonction- nement de la chambre de combustion. Autrement dit, le dis- positif de réglage des flammes 182 exerce un effet de refroidissement moindre sur le mélange d'huile et d'air sortant d'une unité de brûleur à huile lorsque l'unité et la chambre de combustion du foyer à laquelle elle est asso- ciée sont mises en route à froid. Un avantage supplémentaire d'une orientation telle que représentée des éléments de gril- le de section en forme de V réside dans le fait qu'ils déter- minent une telle division et un tel guidage du mélange d'huile et d'air qui s'en approche, que le risque d'un heurt de gouttes de combustible liquide sur les éléments de grille eux-mêmes se trouve réduit au minimum.
Il est évidemment bien entendu qu'un dispositif de réglage des flammes tel que le dispositif 66 peut être formé d'éléments ayant une section transversale ronde mais qui ne sont pas pleins, c'est-à-dire que les élé- ments peuvent être tubulaires. Une telle construction peut avoir au moins l'avantage de réduire le poids du matériau de construction.
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Sur la fig. 18 ,on a représenté un dispositif 186 de réglage des flammes ayant un contour sphérique et comprenant plusieurs éléments de grille 188 qui sont indi- viduellement formés par des bandes métalliques plates de sec- tion rectangulaire. $Sous cet aspect, les éléments de grille 188 sont disposés de manière que leurs côtés larges soient orientés en direction du pulvérisateur d'huile et du conduit d'air de n'importe quel brûleur à huile avec lequel le dispositif 186 de réglage des flammes est associé. Une telle disposition est très efficace pour créer des zones de courant tourbillonnaire sur le côté aval du dispositif.
En examinant finalement le graphique de la fig. 19 , on y trouve des chiffres qui ont été recueillis au cours du fonctionnement d'une unité de brûleur à huile à haute pression "Model BD" construite par "Gilbert & Barker Manufacturing Co. à West Springfield (Etats de Massachussetts).
Cette unité chauffe une chaudière du type à foyer de la série RB-43 fabriquée par "U.S.Radiator Corp.", ayant une chambre de combustion dont les dimensions au plancher sont de 30 cm x 30 cm et la hauteur de 45,7 cm. Le combustible utilisé est une huile de chaùffage No. 2 dont le débit d'introduction est d'environ 2,2 litres/heure. La pression d'atomisation de l'huile est d'environ 7 kg/cm2 et sa température d'atomi- sation est d'environ 57 C. L'ouvreau de l'unité de brûleur à huile a un diamètre interne d'environ 47,6 mm. et l'unité est munie d'un nez de pulvérisateur fabriqué par "Monarch Manufacturing Works" à Philadelphie (Pensylvanie) avec lequel l'huile pulvérisée forme un cône dont l'angle au sommet est d'environ 30 degrés et dont la forme en section transversale est plaine.
On utilise un écran de protection contre la cha- leur en cuivre avec le pulvérisateur. On ne fait appel à
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l'allumage par étincelle qu'au début des opérations et le tirage d'air secondaire dans la chambre de combustion est d'environ 0,38 mm de H20.
Le dispositif de réglage des flammes utilisé pour l'obtention d'un groupe des valeurs portées sur le graphique, en ce qui concerne les indices de fumée (portés en ordonnée) et l'air en excès (porté en abscisse, en volume %) a la structure d'une grille rectangulaire et présente un contour plan. Les éléments individuels de la grille sont des fils pleins de section ronde ayant un diamètre d'environ 1,57 mm et un écartement entre centres d'environ 6,35 mm en ce qui concerne les éléments parallèles adjacents. La distance entre l'extrémité de sortie du nez du pulvérisateur et le dispositif de réglage des flammes est d'environ 25,4 mm, mesurée sur 1' axe du pulvérisateur.
On mesure les indices de fumée du gaz de combus- tion sortant du foyer en prélevant des échantillons juste à la sortie des gaz de la chaudière, après que les produits de combustion ont quitté les surfaces de transmission de chaleur, et en effectuant ensuite des comparaisons conformément à la technique de Bacharach. Les volumes d'air en excès sont calculés à partir de valeurs mesurées de la teneur en anhydri- de carbonique dans le gaz de combustion. Des pourcentages élevés, en volume, d'anhydride carbonique, signifient des valeurs basses du pourcentage d'air en excès, en volume.
Les données portées sur le graphique (courbe A : utilisation du dispositif de réglage des flammes ; courbe B : sans utili- sation de ce dispositif) montrent clairement que, pour une valeur donnée de l'indice de fumée Bacharach, le pourcentage d'excès d'air nécessaire dans le cas d'une unité de brûleur à huile munie d'un dispositif de réglage des flammes conforme
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à la présente invention est notablement inférieure, dans certains cas d'une unité, au pourcentage nécessaire pour 1' unité ne comportant pas ce dispositif. Cette diminution de pourcentage d'air en excès détermine une augmentation du ren- dement du foyer comme on l'a déjà souligné.
De façon corres- pondante, pour obtenir un rendement donné acceptable à n'importe quel moment particulier, l'utilisation, avec l'unité de brûleur à huile, du-dispositif de réglage des flammes conforme à la présente invention, donne une combustion beaucoup plus propre ou plus proche de l'absence de fumées, que la combustion qu'on obtient en l'absence de ce dispositif. Ceci a pour effet conco-. nit-ant de permettre l'obtention du rendement donné pendant un temps beaucoup plus long avant qu'il soit nécessaire de nettoyer les surfaces de transmission de chaleur du foyer pour enlever les dépôts de suie.
Quand un dispositif de réglage des flammes conforme à la présente invention est utilisé avec une unité de brûleur à huile déjà existante, le dispositif ne peut pas empêcher par lui-même l'envoi d'air en excès avec le débit initialement prévu pour l'unité, bien que ce débit soit alors trop élevé. Bien entendu, on peut obtenir les avantages de la présente invention en munissant l'unité d'un ventilateur nouveau et plus petit. Toutefois, une .telle substitution peut être anormalement incommode et coûteuse, spécialement quand on considère qu'on a@mis au point un procédé permettant, de diminuer l'envoi d'air à la chambre de combustion sans qu' il soit nécessaire de renouveler des pièces du brûleur ou d'instituer un nouveau mode de mise en oeuvre.
Ce prcédé exige le perçage ou un autre mode de formation d'un ou plu- sieurs orifices de sortie dans le carter du ventilateur de l'unité, sur le côté aspiration du ventilateur, ou dans le
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conduit d'air, pour qu'une partie de l'air déchargé par le ventilateur soit évacué et ne puisse pas atteindre la chambre de combustion. Ces orifices de sortie percés dans le carter du ventilateur 32
34 de la fig. 1 sont représentés en 190. Avec ces orifi- ces, le ventilateur peut fonctionner de la manière pour laquel- le il a été conçu, mais l'envoi d'air dans la chambre de com- bustion 30 est réduit.
Une autre modification qu'il peut être désira- ble d'apporter à l'installation antérieure quand on adjoint. un dispositif de réglage des flammes à une unité de brûleur à huile déjà existante réside dans la réduction de la dimen- sion de la chambre de combustion avec laquelle l'unité est associée. En particulier, il peut être désirable de diminuer la longueur de la chambre de combustion. Une telle diminution est une façon efficace d'augmenter l'énergie thermique trans- mise par rayonnement au dispositif de réglage des flammes.
On peut réduire la dimension de la chambre de combustion en garnissant la chambre initiale avec un matérieu calorifuge de type souple, ou en plaçant des briques calorifuges dans la chambre pour former un nouveau mur arrière ou aval.
La possibilité de formation de coke sur un dispositif de réglage des flammes a été mentionné précédem- ment et le procédé permettant d'éviter cette formation consiste à découper la structure du dispositif qui, sans cela, se trou- verait sensiblement directement en aval des électrodes d' allumage des l'unité de brûleur à huile. Un tel procédé est représenté à titre d'exemple par les régions découpées 108 et 138 pratiquées dans les dispositifs 102 et 132 de joute 2 mots réglage de la longueur des flammes représentés respectivement 1 réf. sur les fige 9 et 13. Toutefois, cette solution n'est Approuvé : 1 pas la seule. On en connait trois autres dont chacune permet au dispositif de réglage des flammes de conserver son intégrité.
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La première de ces autres solutions est celle qui consiste à appliquer une charge électrique positive au dispositif de réglage des flammes. On a établi que les par- ticules de fumée finement divisées d'hydrocarbures polymérisés circulant vers une chambre de combustion à partir du moment où une étincelle a jailli entre les électrodes d'allumage portent une charge positive. En conséquence, ces particules collent les unes aux autres et s'agglomèrent pour former un dépôt de coke important sur la structure du dispositif de réglage des flammes'dont la charge électrique est neutre ou négative. Par ailleurs, si la structure de grille est char- gée positivement à un potentiel aussi bas que 6 volts, il se produit une répulsion nette entre cette structure et les particules de fumée qui circulent alors dans la structure sans y adhérer de façon notable.
La seconde de ces autres solutions consiste à créer une condition d'excès d'air important, localement, autour des électrodes d'allumage. On a établi qu'une étincelle engendrée à environ 10. 000 volts, valeur qui correspond à un potentiel d'allumage typique, ne provoque pas la formation notable d'une quantité de fumée quand elle jaillit dans une région où se trouve un excès d'air important. Spécifiquement, on a effectué un essai dans lequel on injecte de l'air auxi- liaire dans une unité de brûleur à huile, juste en amont des électrodes d'allumage, à travers un petit tube aboutissant dans la zone de formation d'étincelle. La quantité totale d'air utilisée pour la combustion est réglée de manière à donner des gaz de combustion ayant un indice de fumée de 5.
Les résul- tats obtenus dans l'essai sont portés sur le tableau ci-après :
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Tableau III
EMI46.1
<tb> Volume <SEP> d'air <SEP> Composition <SEP> du <SEP> gaz <SEP> de <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> coke
<tb>
<tb> total <SEP> injecté <SEP> combustion <SEP> sur <SEP> le <SEP> dispositif
<tb>
<tb> en <SEP> amont <SEP> de <SEP> Excès <SEP> d'air <SEP> Indice <SEP> de <SEP> de <SEP> réglage <SEP> des
<tb>
<tb>
<tb> l'étincelle, <SEP> % <SEP> Vol.
<SEP> % <SEP> fumée <SEP> flammes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,7 <SEP> 23 <SEP> 5 <SEP> Très <SEP> forte <SEP> après
<tb>
<tb> 20 <SEP> minutes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2,3 <SEP> 11 <SEP> 5 <SEP> Légère <SEP> après
<tb>
<tb> 40 <SEP> minutes
<tb>
Comme représenté sur le Tableau III, on obtient un rendement sensiblement meilleur avec le pourcentage supé- . rieur d'air d'injection. Les exigences concernant l'air en excès sont réduites de moitié pour l'indice de fumée de 5.
Le taux de formation de coke sur l'unité de réglage des flammes est très fortement réduit. Il est raisonnable de supposer que, pour un poucentage d'injection d'air encore plus élevé, en amont de l'étincelle, la formation de coke sur le dispositif de réglage des flammes pourrait être sensi- blement éliminée en totalité. Au lieu de faire appel à une injection d'air auxiliaire spéciale à l'aide d'un tube, l'ef- fet avantageux désiré de l'empêchement de la formation de coke pourrait être obtenu par un moyen plus simple qui consis- terait à disposer de façon appropriée un déflecteur d'air dans le conduit d'air du brûleur pour augmenter le débit de l'air localement dans la zone de formation d'étincelles.
La troisième de ces autres solutions consiste à supprimer la tension d'allumage (environ: 10.000 volts) aussi rapidement que possible après qu'une flamme a été établie.
Si on arrête l'envoi de la tension d'allumage entre 2 et 10 secondes après la création de la flamme, la formation de coke sur la structure de grille ne pose pas de problème .
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Il est bien entendu qu'on peut apporter diver- ses modifications aux modes de réalisation décrits et repré- sentés sans sortir pour cela du cadre de la présente invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Device for adjusting the flames in oil burners."
The present invention relates to oil burners. It particularly relates to oil burners intended for heating. Even more particularly, it relates to oil burners intended for heating which comprise a zone forming a hearth in which the oil is consumed. Finally, it relates above all to a device making it possible to improve the distribution of the flame in these devices, and a device thanks to which smoke-free combustion is promoted.
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and with low flow rates of excess air and whereby the efficiency of the fireplace can be increased accordingly.
The majority of the hearth type combustion devices provided in heating systems using oil as fuel and for household as well as industrial use are of the spray type. A combustion device of this type comprises an oil sprayer surrounded by an air injection tube or sleeve provided internally with fins by which a swirling motion is imparted to the combustion air in view. of its turbulent mixture with the oil coming out of the sprayer. Spray-type combustion devices can be further classified as low pressure or high pressure depending on the pressure of the oil supply.
In low pressure units for home heating, for example, oil is sent to the sprayer at pressures between 0.14 and 1.05 kg / cm2. A small amount of air, may be 1 to 5 of that which is theoretically necessary to burn the fuel, is mixed with the oil, ahead of or in the sprayer. The main role of this air is to keep the broken oil stream as fine droplets as it exits the sprayer, the oil then being mixed with the air coming from the air duct to form a mixture. combustible. The air supplied by the air duct is at a pressure only slightly exceeding atmospheric pressure.
In high pressure units, the oil is sent to the sprayer at a pressure of about 7 kg / cm2 and is not mixed with air in front of the sprayer. As in the low pressure unit, the air duct supplies the air required for combustion under very low positive pressure only. In units for domestic heating, at low
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high pressure and high pressure, oil flow rates do not often exceed 6.40 liters / hour.
In order to achieve truly smoke-free combustion in hearth type heating systems using oil as fuel, it has generally been necessary to supply the oil burner unit with air at the rate of flow. considerably exceeds that which is theoretically necessary to completely consume the fuel for a given inlet flow of the latter. The greater the excess air, the lower the efficiency of the fireplace. In order to achieve a reasonable efficiency of the hearth, most oil burners actually operate on a compromise basis, with the excess airflows being kept low enough so that no reduction occurs. temperature rise in the combustion chamber, but with the resultant formation of at least some smoke.
Due to the existence of smoke forming conditions, internal fouling of the fireplace occurs which gradually impairs its overall efficiency in any case due to soot deposits on the heat transmitting surfaces.
Considering the foregoing as operating characteristics, a research program has been developed to determine precisely why oil burners form smoke. These investigations have revealed certain construction and use defects generally common to all spray type oil burners.
During these studies, it was found that the air coming from most of the oil burners takes the form of a free jet. This forms a movable air funnel with a fairly small included angle, usually only 18 degrees. The net displacement of all air in this jet is essentially axial, despite the
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fins or other devices creating turbulence which are placed in the air duct to impart particular movements to the air. As a result of the discharge of air in the form of a free jet out of the blast duct, there are very often two important conditions which determine smoky operation of spray type oil burners, unless a large excess air is not sent to the combustion zone.
The first of these conditions is that the central part of the air jet exiting the air duct must move much too fast for the combustion of the oil to be sustained in this jet and to propagate in it, even assuming an ideally homogenized mixture of air and oil vapors for combustion. The velocity of the central part of the combustion air often exceeds 6 m / second and it is only at the boundary layer of the jet that the velocities decrease to a value as low as 2.4. m / second, which is the maximum practical speed to obtain a regular flame in the system considered.
In fact, the faster moving core of the main combustion air jet exiting the air duct of a typical oil burner literally expels the flame across most of the air jet which. , of course, contains at least most of the oil supplied by the sprayer, leaving only a flame envelope surrounding this core, instead of the entire jet turning into a complete cylinder of flame in which the flame front extends transversely to the geometric axis of the air jet.
Not only can this fact be determined by a visual examination of the flame by a gaze made in the rear wall of a combustion chamber, but it also emerges from a measurement of temperatures which show that the temperature at the center of the jet d look like
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ignited burner is below the boiling point of domestic heating oil and that it is sometimes and in some places as low as 116 C., while the temperature measured near the boundary layer of the air jet, but at the same axial distance from the sprayer nose, is as high as 1204 C.
The second condition which very often exists with typical oil burners, as a result of air being emanated from them in the form of a free jet, is that their atomizers discharge at least a certain amount. of liquid fuel through the boundary layer of their air jet; said, the shapes of the air jet and the oil jet no longer match so that a portion of the supplied oil is not permanently mixed with the combustion air within the limits of the jet main air.
As a result of these conditions, a significant portion of the fuel is caused to burn outside the main air jet, particularly in fireplaces of the size suitable for domestic heating in which the length of the combustion chamber is sufficient. limited. In such fireplaces, and indeed in some fireplaces of a size suitable for industrial heating, the unburned core of the jet formed by the mixture of main air and oil hits the rear wall of the combustion chamber. and is spread outward in many directions.
As it circulated as part of the main stream from the burner, this unburned core was in an extremely turbulent state, but when it was spread outward away from the back wall of the burner. combustion chamber, it quickly loses its turbulence.
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This decrease in turbulence makes it more difficult to burn the fuel in the mixture, even if it is then heated to the point of being completely vaporized. Accordingly, in order to complete the complete burning of this fuel, with the fuel reaching an unburned state in the main air jet before meeting the rear wall, this jet must contain a considerable excess of air. because it has to sustain combustion in a region of reduced turbulence in which the diffusion rates of the hydrocarbon and oxygen vapors are low.
The situation with regard to the fuel oil sprayed through the boundary layer of the main air jet is even less favorable. By breaking the air jet, this fuel emerges in a region before the combustion chamber, located near the atomizer, which would be of adequate heat to vaporize the fuel, but which, also, is devoid of, or at least tends to be devoid of oxygen and in which turbulence is poor. In order for this region to receive oxygen, there must be a trunnion and diffusion return of the air from the rear region of the combustion zone in which the core of the main air stream is ultimately. burnt, and this region also tends not to receive enough air for its own needs, in any case.
Another consideration is that although a substantial amount of the air flowing along the core of the main air jet from the oil burner unit is in excess of that which is theoretically necessary. to burn the fuel contained in this core, not all of this excess is in fact available for
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burning fuel which is sprayed out through the jet boundary layer in the front region of the combustion chamber. A good quantity of this excess air is carried through the furnace and exits through the chimney together with the products of combustion without having the opportunity to swirl or diffuse back to the region before the combustion. combustion chamber.
Accordingly, in order to send sufficient air to this region for complete combustion and a. relatively slight turbulence only, of the fuel which is pulverized, taking into account the fact that this combustion itself requires a considerable excess of air in relation to the quantity theoretically necessary to make this fuel burn, a very large overall percentage d Excess air must be supplied to the combustion chamber through the air duct of the oil burner unit. If this is not done, at least part of the fuel supplied to the combustion chamber does not burn completely, but instead is polymerized and forms smoke.
On the other hand, if the quantity of excess air supplied is sufficient to prevent this polymerization, that is to say to ensure a truly smoke-free combustion, there is produced a notable reduction in the efficiency of the hearth.
In accordance with the present invention, it has been found that the effects of the two described conditions which result in smoky combustion can be reduced to a very large degree and also very inexpensively by placing an adjusting device in the air jet. flames, having a suitable structure. Such a device used in accordance with the present invention creates regions of high turbulence but of low forward speed.
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clear within the air jet, in which combustion is to be generated, these regions subsequently constituting ignition points to burn the fuel throughout the air jet.
The characteristics and advantages of the present invention will be better understood on reading the following description which has been given with reference to the appended drawing, in which: FIG. 1 is a sectional elevation of a heating hearth and shows part of the combustion chamber and of a high pressure atomizing oil burner unit, provided with a flame regulator, comprising a structure grids of spherical contour, this device being fixed to the opening of the air duct of the burner; - fig. 2 is a view taken by 2-2 of FIG. 1, from inside the combustion chamber and looking towards the outlet end of the air duct of the oil burner and in particular it represents a device for adjusting the flames, having the structure of a grate rectangular;
- fig. 3 is a view taken similarly to FIG. 2, but showing the oil burner unit provided with a flame regulator in the form of a wire wound in a spiral; - fig. 4 and 5 are side and front elevational views of a device for adjusting the flames fixed to the bowl of an air duct of a burner, this device being in the form of a grid. expanded metal; - fig. 6 and 7 are elevation views
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in profile and face of a device for adjusting the flames, similar to the one shown in FIGS. 4 and 5, this device being provided with several antennas extending axially for the reception of heat;
- fig. 8 is a front elevational view of a flame adjustment device, similar to that shown in FIG. 5, this device being characterized by several openings located at the intersection of these grid elements to prevent the accumulation of liquid fuel; - fig. 9 is a front elevational view of a flame adjustment device, similar to that shown in FIG. 5, this device being characterized by a cut-out region situated substantially in the same radial position, with respect to its normal axis, as the ignition electrodes with respect to the axis of the air duct of the burner; - fig. 10 is a front elevational view of a flame control device in the form of a perforated plate;
- fig. 11 is a front elevational view of a flame adjustment device, in the form of a series of concentric rings; - fig. 12 is a front elevational view of a flame control device, in the form of a spoked hub, star, or multi-blade fan; - fig. 13 is a front elevational view of a flame regulator, in the form of a brickwork or a rectangular grid, in which one of the groups of parallel elements is discontinuous in nature,
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this device being characterized by a cut region similar in general to that of the device of FIG. 9;
- fig. 14 is a partial cross-sectional view of the region within the oil burner unit of FIG. 1 and close to the outlet end of the air duct, and shows in particular the outlet end of the oil sprayer, a heat protection element being mounted on this apparatus and an adjustment device. flames of spherical contour, being fixed to this protective element; - fig. 15 shows in profile elevation with partial section, a device for adjusting the flames, of spherical contour, which is fixed to the nose of a sprayer;
- fig. 16 shows in sectional elevation a grid structure with a spherical outline constituting the flame adjustment device, this view showing the circulation of a combustible mixture towards this structure and the circulation of the ignited combustion products moving away from said structure , and showing in particular the regions of high turbulence, but of low actual forward speed, downstream of the grid elements; - fig. 17 shows in sectional elevation a grid structure with a spherical contour constituting the device for adjusting the flames, the elements of this structure being individually V-shaped in cross section;
- Fig 18 is a vu.3 in elevation-section of a spherical contour grid structure constituting a device for adjusting the length of the flames, the elements of this structure being individually of circular cross section;
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- fig. 19 shows a graph obtained by plotting the mcyens indices of smoke in the combustion gas as a function of the excess air sent to a heating hearth served by an oil burner of the spray variety, in the case where the burner comprises and does not include a device for adjusting the flames in accordance with the invention.
The drawing will now be examined in detail, especially Figs. 1 and 2 in which the space which constitutes the combustion chamber of a furnace is shown at 30. A centrifugal fan 32 comprising a casing 34 and a rotor element 36 sends air into the combustion chamber. combustion by an air duct 38. In the latter, and near its end adjacent to the combustion chamber, there is a terminal cone or quill 40.
This quill is fixed in the air duct by locking screws or other suitable elements which place it definitively in the air duct, but can still be manipulated to allow the removal of the air duct. duct opening. On its side which is opposite to that where the combustion chamber is located, the quill 40 has a crown of turbulence fins by which a vortex movement can be imparted to at least part of the outgoing combustion air. of the air duct. Instead of providing a removable quill as shown, the air duct 38 may include a welded quill portion or else forming an integral part of the duct.
A pump 42 in., - way of pressurized fuel oil. This pump discharges through a section of flexible pipe or tube 44 and a section of tube or rigid duct 46 which enters the fan housing.
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and extends therethrough as well as through the air duct, to a sprayer 48. The tube section 46 is in fact supported in a spider sleeve 50 mounted inside the duct. air 38 and also in a sleeve 52 fitted to the outer face of the housing 34 of the fan 32 and provided with a knurled screw 54 or other suitable locking device by which the tube sections 46 and, consequently, the sprayer 48,
can be definitively positioned longitudinally with respect to the quill 40.
When the screw 54 is loosened, the tube section 46 can be moved longitudinally a small distance in the sleeves 50 and 52 due to the flexible nature of the tube section 44 without changing the location of the oil pump 42. This pump can be driven, like the fan 32, by any suitable device such as an electric motor. In addition, the pump 42 can be mounted and driven integrally with the fan.
The shape of the jet of combustion air discharged through the outlet of the quill 40 is that of a divergent cone or funnel, the boundary layer 56 of which is shown in broken lines. This cone is substantially coaxial with the air duct and the oil adjustment. In the form of a free jet, its angle at the top is approximately 18 degrees.
The shape of the atomized oil jet exiting the sprayer 48 is also represented by a diverging cone, the boundary layer 58 of which is indicated in dotted lines. The sprayed oil cone diverges more than that of the discharged air, and if prolonged sufficiently, it passes through the air cone and passes out of it at some distance from the end. - outlet tee of the air vent 40. In the air duct 38 of FIG. 1, a portion of an ignition electrode 60 is
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shown at a short distance from the sprayer 48 and from the boundary layer 58 of the oil jet emerging therefrom. This electrode is one of the two electrodes with which the oil burner unit is provided, the other being arranged directly behind the electrode 60 in the representation of FIG. 1.
It is partially shown in Figure 2 where it is designated by 62.
It will be understood that the cones of the discharged air and oil jets, illustrated in FIG. 1, represent unmodified flow paths, i.e. the air cone is illustrated as it could have in the absence of an oil jet and vice versa. . In addition, as they are represented, they are also not modified by the device for adjusting the flames according to the invention and described below. When the two substances, air and oil, are fed simultaneously to a combustion chamber 30 and particularly when combustion is taking place, it is obvious and of course intended that there is a noticeable interaction of the flow paths. oil and air some distance across combustion chamber 30 from sprayer 48 and quill 40.
The quill 40 is fixed by means of rigid metal wires or tie rods 64, as shown in FIGS. 1 and 2, a device for adjusting the flames, illustrated by way of example at 66. This device consists of a metal grid whose individual elements made of metal wires extend parallel or perpendicular to each other, the entire grid structure having a substantially spherical outline.
In a desirable arrangement; the center of the device 66 for adjusting the flames, of contour
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spherical, is at the point of exit of the oil spray from the sprayer 48, and this device extends over an arc not only beyond the boundary layer 58 of the sprayed oil cone, but also at least a little beyond the boundary layer 56 of the air cone. Due to this geometry, the flame control device has the same efficiency for all of the fuel sprayed by the atomizer 48 and the portion of this device which extends beyond the boundary layer of the air cone. acts like a thermal antenna to raise the temperature of the central part of the device.
When a flame control device, such as that shown at 66, is in use, i.e. when it is placed on an oil burner unit which is ignited, it receives heat by radiation from the walls of the combustion chamber and from the flame of the oil, and it is also heated by the flue gas, by convection. Simultaneously, the flame adjustment device is cooled by the jet of air leaving, at a temperature close to ambient temperature, from the air duct as well as by the jet of fuel which may strike this device and be vaporized by this one. In some cases, the amount of heat supplied to the flame control device may not be sufficient to heat the entire device, especially its central portion, above the boiling point of the fuel.
Fluid fuel hitting this relatively cold part of the device may not be vaporized, but simply drip down from this part towards the bottom of the combustion chamber,
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without burning, especially during the interval immediately following the start-up of the oil burner unit.
A means of not only keeping the central part of the flame regulator above the boiling point of the fuel when the burner unit is in operation, but also of bringing it very quickly to such a temperature when starting from cold, consists in placing the device so that it extends radially beyond the cone of atomized air. The peripheral part of the device, when so disposed, acts as a receiving antenna for the radiant heat energy.
The energy thus accumulated circulates radially inwardly through the elements of the grid or another equivalent structure of the flame control device, goes towards the central part of the device and raises the temperature of this part, a temperature which, otherwise, would be abnormally reduced by the air jet. Experiments have shown that an increase in the temperature of this core from about 204 to about 538 0 can be achieved with a regulator extending in this manner.
Still with regard to the detailed description of FIGS. 1 and 2, and assuming that the flame regulator 66 is perfectly spherical in outline and is actually centered on the nose or jet exit point of the sprayer 48, two considerations come into play for the radius of the sprayer. contour. The first is that this radius must be small enough that, when the oil burner unit is ignited, but no voltage is supplied to the ignition electrodes 60 and 62, the combusti-
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ble does not burn to the right of the flame adjustment device 66, that is to say between this device and the sprayer 48.
The second consideration is that the radius of the circumference of the flame regulator must be large enough so that there is no great risk, when the burner is in operation, of liquid oil hitting the burners. wire grid elements. This does not mean that the fuel projected by the atomizer 48 must be entirely entirely vaporized when it reaches the device 66 for adjusting the flames. This effectively means that by the time the fuel sprayed from the nozzle reaches device 66, it must be vaporized to at least a sufficient degree that there is a vapor envelope or sheath around each individual particle of the remaining fuel. in the form of liquid droplets.
It should not be assumed that, for an advantageous application of the flame control device according to the present invention, the contour presented by this device in the path of the air and oil jets coming from an oil burner unit must be spherical. A spherical outline is really desirable, but it can be flat, or even slightly convex, as seen from the oil sprayer.
Also, even if the grille of a particular flame adjustment device has a spherical contour, it may not be possible in all cases to center this contour on the nozzle of the oil sprayer 48,
In any given case, for a fixed radius of curvature of the flame regulator grille, nozzle 48 may need to be moved to.
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617669 forward or backward with the tube section 46 after loosening the knurled screw 54, to obtain optimum combustion conditions. This result will be especially similar to that which would be obtained if a spray nozzle giving a particular form of oil jet were replaced by a nozzle giving a slightly different jet shape.
When you have finished adjusting the sprayer position, you can, if desired, place its nozzle at least slightly off-center with respect to the flame adjustment device. Such eccentricity can be tolerated and, in reality, a device having even a convex contour whose convexity is oriented towards the sprayer can be used as mentioned, provided the sprayer is moved away from the device to ensure both conditions. previously described. In oil burners of the size used for home heating, the spacing between these parts is usually between 25 and 76 mm.
We will consider the case of a flame adjustment device having the structure of a grid whose metal wires extend parallel and perpendicular to each other, although this is not the only structure of the flame adjustment device. which can be used in accordance with the invention.
The distance between the axes of the parallel wires is preferably between 3.17 and 19 mm and is preferably still equal to about 12.7 mm. Assuming Approved: the individual elements of the flame adjuster are in the form of round metal wires, although this is not the only form of metal wire or element
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of grid which can be used in accordance with the present invention, the diameter of the wire is preferably between 0.76 and 6.35 mm., and is more preferably equal to about 3.17 mm.
The material from which the flame regulator is made must be able to withstand temperatures up to 1371 C. for a long period of time. This material can be wrought Inconel which contains about 79.5% Ni, 13% Cr, 6.6% Fe and traces of Mn, Si, C, and Ou. However, the choice of the material used to construct a flame control device does not depend solely on the consideration of prolonged use, at fairly consistently high temperatures.
Temporary operation in a range of increasing, but still relatively low, temperatures must also be taken into account directly after an oil burner unit has been started after a shutdown for a substantial period of time.
During this temporary start-up period, when the walls of the combustion chamber are relatively cold, droplets of atomized fuel may strike the flame control device and if it is also very cold, they collect on this device. from where they fall, in liquid form, to the bottom of the combustion chamber, where they burn richly in smoke combustion. ' For very large and poorly insulated combustion chambers, the start-up period during which fuel drips can last a significant time in the absence of special precautions to eliminate or at least reduce this dripping.
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One of the precautions that can be taken for this purpose consists in using one or more materials having a high thermal diffusivity, to construct the flame control devices. The temperature of a device constructed in this way rises rapidly during the start-up of an oil burner unit to which it is added, and the time during which, after start-up, it is cold enough for the liquid fuel collects on this device is of a corresponding brevity.
To define this concept more clearly, both quantitatively and qualitatively, the following table has been established:
TABLE I
EMI19.1
<tb> Material <SEP> Diffused! <SEP> fast <SEP> thermal <SEP> (dm2 / h) <SEP> Applications
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silver <SEP> 55.8 <SEP> Large <SEP> units,
<tb>
<tb> poorly <SEP> ca-
<tb>
<tb> lorifugées.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Copper <SEP> 40.8 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Beryllium <SEP> <SEP> oxide. <SEP> 26 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 23.2 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 5.5 <SEP> Medium <SEP> units
<tb>
<tb>
<tb> insulated
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> mild steel <SEP> 2.8 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Stainless steel <SEP> <SEP> 0.90-1.8 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel-chromium alloys
<tb>
<tb> ("Inconel") <SEP> 0.90-1.8 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> ceramic materials
<tb>
<tb>
<tb> heat insulating <SEP> less <SEP> of <SEP> 0.90 <SEP> Units <SEP> perfectly
<tb>
<tb> insulated
<tb>
and other good conductive ceramic materials.
For coated metals, the diffusivity of the composite is a function of the individual diffusivity of the support metal and its coating material, and of the relative mass or thickness of each.
Examples of coated metals are chrome copper or
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Coated with flame applied ceramic, chrome nickel and chrome mild steel.
As can be seen in Table I, a material having a relatively high thermal diffusivity is necessary in order to be able to use flame regulators with oil burner units associated with large fireplaces or combustion chambers and poorly insulated. Furthermore, with units associated with small-dimension and well-insulated fireplaces, it is possible to use flame regulators made of materials such as ceramic materials or metals coated with ceramic material having thermal diffusivities. included in the medium or low ranges. For materials such as copper, a protective coating is necessary to prevent oxidation. This coating can be for example chrome.
Beryllium oxide, on the other hand, does not require a protective coating because it is a ceramic type material which does not oxidize and does not undergo corrosion.
Because it is resistant to oxidation and corrosion, BeO can give very good results as a material for constructing a flame regulator for an oil burner unit, even in a fireplace that is large enough and which does not is not perfectly insulated.
To clearly demonstrate that a high thermal diffusivity of the material of the flame control device actually has the effect of reducing the length of the period described above during which the fuel strikes the device and drains from it, the table below the results of experiments and observations made with a poorly heat-insulated furnace.
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TABLE II
EMI21.1
<tb> Material <SEP> of the <SEP> device <SEP> Diffusivity <SEP> Drip time <SEP>
<tb> of <SEP> setting <SEP> of <SEP> the <SEP> thermal <SEP> <SEP> of the <SEP> fuel
<tb> flame <SEP> of <SEP> the <SEP> flame <SEP> dm2 / hour <SEP> Minutes
<tb>
<tb> Copper <SEP> 40.8 <SEP> 0.4
<tb>
<tb> "Inconel" <SEP> 1.2 <SEP> 2.0
<tb>
These results show that with regard to copper and Inconel, a noticeable reduction in the length of the fuel drip period after start-up of the oil burner unit is achieved through the use of material of higher thermal diffusivity to construct the flame regulator.
The use, in a flame control device, of a material having a high thermal diffusivity and of a structure particularly calibrated to constitute an appreciable zone forming a thermal antenna which extends beyond the air cone of the flame. The oil burner unit with which the device is to be used represent additional and non-contradictory general means. These two uses tend to obtain a rapid rise in the temperature of the adjustment device, in particular in its central part, up to a value exceeding the boiling point of the fuel oil, when the unit of oil burner is started.
Another means making it possible to obtain this rapid rise in temperature or an equivalent effect thereof would consist in using a resistance wire embedded in the grid elements of the flame adjustment device, wound around these elements or constituting said elements. , the conductors of this wire being connected to a source of electricity through the switch of the oil burner unit controlling the air fan
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and the fuel oil pump. It would be desirable to provide a delay element to delay starting at least the oil pump after opening the main switch until current has flowed through the resistance wire long enough to heat the control device. adjustment to a considerable degree.
A heat-sensitive switch could also preferably be provided which would open to stop the flow of current to the device when the temperature in the combustion chamber had reached a certain predetermined value. This switch would close when shutting down the oil burner unit and cooling the combustion chamber to condition the resistance wire for energization on a next restart of the engine. the oil burner unit.
Yet another means of obtaining a rapid rise in the temperature of a flame control device or an effect equivalent thereto would consist in providing, in the oil burner unit with which the device is associated, a appropriate pilot flame action. This action would be such that a pilot flame would be created before the complete start-up of the burner, upon opening the main switch, the position and strength of this flame being such that it could have an effect on the flame. the flame regulator and heat it to an appreciable degree.
We will now study fig. 3, in which a view similar to that of FIG. 2 shows a variant of the flame adjustment device according to the present invention. In fig. 3, the adjuster denoted by 68 ′ spiral and is supported in
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the quill 40 by tie rods 70. Of course, the shape of a spiral is not the only shape that the device can have apart from the rectangular grid shape shown in FIG. 2. Another form would be that of a polar grid. Yet another form would be that of discrete particles coating very fine metal wires essentially at the crossing points of the wires of the grid structure of FIG. 2. Certain other particular configurations of this device according to the invention are described below.
We will now examine figs. 4 and 5 on which a device 72 for adjusting the flames, which will have a plane outline and has the shape of an expanded metal grid, is fixed to the quill 74 by several straight tie rods 76. The quill itself, which is a little different in its shape from the quill 40 shown in FIGS. 1, 2 and 3, is mounted externally on the air duct 78 of the burner and is fixed there by several screws 80. Tie rods 76 are arranged in such a way, with respect to the device 72 and to the quill 74 that the latter can be mounted on the conduit 78 in such a way that all the tie rods are inclined at least slightly downwards from the quill and towards the flame regulator.
This prevents sprayed liquid fuel which may temporarily accumulate on the adjuster from returning, circulating along the tie rods, to the quencher and to the air duct, and out of the combustion zone.
Further, the tie rods 76 are so disposed relative to the device 72 and the quill 74 that when the quill is mounted on the air duct and the tie rods are tilted slightly downward from
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the quill, in the direction of the flame regulator, all the individual grate elements, of the device are arranged similarly and symmetrically closer to the horizontal than to the vertical. This orientation of the grate structure ensures a descent minimum average of a droplet of liquid fuel, per unit length of its path along an individual element other than the grid. In this way,
oil droplets hitting the grate may remain there for a longer time when starting an oil burner unit that was cold, and these droplets are therefore more likely to vaporize and burn in the way desired before falling from the flame regulator into the bottom of the combustion chamber.
In one embodiment of the apparatus according to the invention given by way of example, a flame adjustment device similar in its entirety to the device 72 of FIGS. 4 and 5, can have approximately the following dimensions:
EMI24.1
<tb> Overall diameter <SEP> <SEP> 57.1 <SEP> mm
<tb>
<tb> Width <SEP> of <SEP> elements <SEP> 2.54 <SEP> mm
<tb>
<tb> Thickness <SEP> of the <SEP> elements <SEP> 1.27 <SEP> mm
<tb>
<tb> Spacing <SEP> of <SEP> elements <SEP> 12.7 <SEP> mm
<tb>
<tb> In <SEP> examining <SEP> now <SEP> the <SEP> fig. <SEP> 6 <SEP> and <SEP> 7 <SEP>, <SEP> on
<tb>
It is seen that a flame control device 82 comprising a grate structure 84 is attached to a quill 86 by several tie rods 88 each of which is characterized by a serrated portion.
The quill 86 is similar to the quill 74 and is mounted on an air duct 90 similar to the air duct 78 and to which it is secured by screws. The tie rods 88 extend substantially horizontally from the duct. air 86 to the grid structure 84. However, a beginning of the return of the
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Liquid fuel from the flame adjuster to the air orifice along the tie rods is prevented by the serrated areas provided in the tie rods which serve to retain the fuel. Tie rods aynt the structure shown in FIG. 6 can be used alternatively with straight tie rods, inclined downwards, of the kind shown in Fig.4 and 5, as well as in other figures.
However, the important fact in every structure is that the fuel whose flow is determined by gravity should not be able to easily return from a flame length adjuster to or into the oil burner unit. that it serves.
The grill structure 84 of the flame control device 82 is generally similar in shape to the grill structure 72 shown in FIGS. 4 and 5 and its orientation is similar. However, in addition to the grate structure 84, the flame regulator 82 includes several rod members 92 attached to the grate structure 84 so as to extend therefrom away from the orifice. 'air 86 and substantially parallel to the axis. geometry of the jet of oil and of the air leaving the air duct 90 and the quill. The rod members 92 act as a receiving antenna for the radiant heat emitted by the flame of the oil burner.
The heat transmitted by radiation to these rods circulates along it to the grid structure 84 and helps to maintain this structure at an elevated temperature.
It will be seen from the foregoing description that axially or longitudinally extending rod members 82 have the same effect with respect to grid structure 84 as any portion of that structure.
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itself which extends radially beyond the boundary layer of a jet of air leaving the air duct 90 and discharged by the quill 86 and the device 82 for adjusting the flames, such a portion constituting a radiant heat receiver which is advantageous for the central part of the grid structure, as has already been explained with regard to FIG. I.
The use of longitudinally extending rod elements and the use of a portion of a peripheral or outer grid structure extending radially, in the same flame adjustment device, are in no way incompatible. However, when longitudinal elements such as the rods 92 are used, it is possible to reduce at least to some degree the overall diameter or transverse extent of the flame control device, while obtaining the sending of an appropriate amount of heat towards the central part of the device, which is normally relatively cold.
The possibility of using rods 92 extending longitudinally instead of a peripheral portion of grid structure extending excessively far radially in order to maintain the temperature of the central portion of a control device. of the length of the flames at a temperature at least a little above the boiling point of the fuel oil is an important practical fact. This is so because a device for adjusting the length of the flames cannot be extended indefinitely in the radial direction, at least not enough to constitute in any case an antenna receiving the radiant heat sufficiently large. The diameter of the device is limited to approximately twice the diameter of the outlet of the quill to which the device is associated.
If the flame adjustment device has a diameter significantly greater than this,
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there is a risk of overheating on its outer edge.
We will now examine FIG. 8 on which it can be seen that a device 94 for adjusting the flames, similar to device 72, is fixed to a quill 96 by several tie rods 98: The quill 96 is similar to the quill 74 and the tie rods 98 are similar to tie rods 76. The adjustment device 94 itself presents this particular difference, compared to the device 72 .., that at the points of intersection or of junction of its grid elements it has several through holes 100.
These lights serve to dissipate the build-up of liquid fuel which has struck the grate elements of flame regulator 94 and has been stopped by these elements, and then has started to flow along them to s 'accumulate to a sufficient height to drip from the device towards the bottom of the combustion chamber. Visual observations and photographs have shown that when an accumulation of liquid fuel occurs on a flame control device, it only occurs on the downstream side of the device, i.e. the side. opposite to that which is exposed to the oil sprayer of the oil burner unit with which the device is associated.
When a trickle of fuel oil is circulating along any grid element, it very quickly finds itself forced to circulate around or across one of the lumens 100 in order to continue moving. Air jets of course come out of these ports during normal operation of the oil burner, and these jets have the important effect of expelling the liquid fuel which tries to circulate along the grid elements; in other words, the fuel flowing along the grid elements during the start-up period
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of the burner, for example, cannot pass entirely beyond the lights 100 in its path and accumulate to a great thickness at the bottom of the flame adjustment device and fall out of it.
The fuel which is expelled from the device 94 by the air jets emanating from the lumens 100 is discharged towards the regular combustion zone of a fireplace where it is usefully burned.
Looking next at fig. 9, it can be seen that a device 102 for adjusting the flames, consisting of a grid structure substantially similar to the device 72, is fixed to the quill 104 by several tie rods 106. The quill 104 is similar to the quill 72 and tie rods 106 are similar to tie rods 76. The particular difference between the devices 102 and 72 for adjusting the flames resides in the fact that the device 102 has a cut-out region 108 situated generally at a radial distance, with respect to its normal axis, which corresponds to the distance separating the axis geometry of the burner air duct (duct on which the quill 104 is provided) and the ignition electrodes 110 and 112 mounted in the duct.
The quill 104 is oriented, with respect to the air duct on which it is mounted, such that the cut-out region 108 of the flame regulator 104 is generally in longitudinal alignment. with the electrodes 110 and 112.
The role of the cut region 108 is to eliminate a possible problem of coke formation on the flame control device due to the operation of the oil burner ignition system.This system can be operated continuously, while the control unit oil burner works, or else it! may only work for a short period of time, for example about 1.5 minutes
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te, after switching on the unit.
When a part of the structure of a flame length regulator device is disposed directly downstream of the ignition electrodes, a difficulty lies in the fact that the spark flying between the two electrodes has the effect of polymerizing a part of the oil contained in the jet emanating from the sprayer, this polymerized material tending to agglomerate in the form of coke on the aforementioned part of the device for regulating the length of the flames. The rate of coking may be such, for both continuous and intermittent operation of the ignition system, that the effective geometry of the flame control device is modified to the point of significantly altering the operation of the unit. oil burner.
By providing a flame control device characterized by a sufficiently large and suitably oriented cut-out region such as region 108, an exhaust port is provided through which the fuel or the fuel / air mixture forming coke can flow. downstream of the electrodes without noticeable collision of any portion of the flame control structure.
We will now examine figs. 10, II and 12 on which it is seen that the devices for adjusting the flames, in the form of a perforated plate 114, a series of concentric rings 116 and a spoke core, a star or a a fan with multiple blades, are respectively fixed to the quill 120, 122 and 124 by several tie rods designated respectively by 126, 128, and 130. The openers 120, 122, and 124 are similar to the quill 74 and the tie rods 126, 128 and 130 are similar to tie rods 76.
Devices II4, 116 and 118
<Desc / Clms Page number 30>
Flame controls are in themselves representative of grate structures, which, although not necessarily preferred embodiments of the present invention, are nevertheless within the scope of the invention.
In fig. 13, there is shown a device
132 for adjusting the flames which is in the form of a masonry or a rectangular grid, a group of parallel elements of a discontinuous nature attached to the quill 134 by several tie rods 136 .: The quill 134 is similar to the quill 74 and the tie rods 136 are similar to the tie rods 76. The device 132 itself is characterized by a cutout zone 138 which corresponds by its location and its role to the cutout zone 108 of the device 102. adjustment of the flames shown in fig. 9.
This location and this role are of course considerations of a general nature which are of importance in the design of flame regulating devices otherwise in accordance with the invention; in other words, these considerations do not apply only in the case of the devices of FIGS. 9 and 13.
Due to the orientation of the quill 134 with respect to the air duct of the burner on which it is mounted the continuous parallel elements of the grid structure of the flame regulator extend horizontally while its elements. discontinuous extend vertically. In this way, the liquid fuel which has struck the grate and is retained therein hardly finds a path to flow downwards before draining from the grate.
The residence time of the liquid fuel on the flame control device is thus increased, which gives the fuel a greater chance of vaporizing and
<Desc / Clms Page number 31>
burns in the normal and desired manner. In an embodiment of the invention given by way of example, a device for regulating the flames, substantially similar to the device 132 of FIG. 13, could have the following approximate dimensions:
EMI31.1
<tb> Width <SEP> of <SEP> elements <SEP> 2.54 <SEP> mm
<tb>
<tb> Thickness <SEP> of the <SEP> elements <SEP> 1.27 <SEP> mm
<tb>
<tb> Spacing <SEP> of <SEP> elements
<tb> continuous <SEP> 6.35 <SEP> mm
<tb>
<tb> Spacing <SEP> of <SEP> elements
<tb> discontinuous <SEP> 12.7 <SEP> mm
<tb>
Now looking at fig. 14, it can be seen that a variant of the present invention has been shown in which a device 140 for adjusting the flames, in the form of a rectangular grid such as that shown in FIGS.
I and 2, - is fixed by several tie rods 142 to a screen 144 protecting the sprayer from heat which is itself mounted on the sprayer 48 by means of several adjusting screws 146 and adjusting nuts 148, The heat shield 144 is characterized by the presence of a terminal region 150 flaring outwardly and located at the end of the shield which is located upstream of the oil. circulating in the sprayer 48, with a drainage orifice 152 allowing it to be freed of any possible accumulation of liquid fuel and several undulations 154 provided at its downstream end and which allow the protection element to be placed at length on the sprayer and to align it radially to the nose 156 of the sprayer on that machine.
The shield 144 of protection against heat is further characterized by the fact that its internal diameter or diameter of its bore is greater than the external diameter.
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of the oil sprayer 48 to a sufficient degree so that there is a continuous annular passage of substantial radial width between the protection member and the sprayer.
This passage ensures air circulation in and around the close vicinity of the sprayer, in particular around its nose 156, during normal operation of the oil burner unit. A certain quantity of air circulating along the air duct of the burner is brought around the atomizer by the flared end region 150 of the protection element 144-, and this air then circulates in the protection element to pass. along the nose 156 and then exit passing between the corrugations 154 formed in the protection element.
This air circulation exerts a notable effect in keeping the nose of the sprayer cool, an effect which is of course in addition to the primary action exerted by the protective element 144 which protects the nose 156 from heating by radiation. abnormal from the combustion chamber. Excessive heating of the sprayer nose can cause the formation of coke and glaze material in its swirl slots, resulting in disruption of the normal form of the oil jet and possibly complete blockage of the sprayer. the arrival of the oil jet.
The external diameter of the device I40 for adjusting the length of the flames as shown is less than the diameter of the bore of the air duct 40. Such a dimension of the diameters makes it possible to extract the sprayer comprising the screen. heat protection and flame adjustment device of the oil burner unit by pulling it back through the air duct; in other words, it is thus possible to access the sprayer without entering the combustion chamber or removing the burner air duct from the wall of the hearth where it is housed.
Furthermore, the use of such diameters means
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that the fundamental grid structure 158 of the flame control device 140 cannot extend beyond the boundary layer of the slowly expanding jet of air exiting the quill 40 and hence the device cannot include the antenna extending radially to receive the radiant heat which has been described as a feature of the flame control device 66 shown in FIGS. 1 and 2, for example.
Accordingly, in addition to its basic grid structure, the flame regulator 140 comprises several lengthwise extending rod members 160 which are similar in shape and function to members 92 attached to the structure. of grille 84 of the device 82 for adjusting the flames shown in FIGS. 6 and 7.
The assembly formed by the flame regulator and the heat shield, shown in figure 14, can be installed very easily in an existing oil burner unit, more easily in many of Bas than a new workpiece to which the flame adjustment device is attached. Once the installation shown in Figure 14 has been completed, the distance between the grid structure of device 140 and the outlet end of sprayer 48 is determined.
This is desirable because once the proper distance has been determined and the necessary parts have been designed and manufactured accordingly, the flame control device and sprayer can be assembled and used for a while. apart from maintenance, and then be reassembled without any attempt.
By examining Figure 15, it is seen that there is shown another embodiment of the invention
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wherein the flame adjustment device 162 is attached by several tie rods 164- to a nose 166 of an oil sprayer. In general, the flame regulator 162 is similar to the flame regulator 140 shown in FIG. 14, in other words, it comprises a basic grid structure 168 and several rod members 170 extending longitudinally. and attached to this structure. The nose 166 of the sprayer is generally similar to the nose 156 shown in fugure 14 and one can really assume that it is identical to the latter for substitution in the sprayer 48.
For such a substitution, a heat shield would have to be provided which would have suitable slots to accommodate the tie rods 164, assuming that the use of a heat shield would be necessary. .
It can be seen that when the flame control device 162 is supported directly from the nozzle 166 of the sprayer, the installation of the device is in fact only to change a nozzle on the sprayer. This operation is conventional in the maintenance of oil burner units and the necessary access to the parts of the burner in order to be able to carry out this operation without removing the oil burner unit from the hearth to which it is associated is almost always assured. Retaining the arrangements shown in Figure 13, the diameter of the flame adjustment device 162 remains small enough that it can be passed without difficulty through the quill 40 for extraction or installation.
We will now study figure 16 on
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wherein a combustible mixture 172 of oil and air is shown by arrows at the top or approximates the various horizontal grate elements 174 of the flame control device which can be considered to be similar to device 66. To simplify the representation of the flow of the burned and unburned materials, the vertical elements of the grid are not represented in figure 16, Likewise and for an identical reason, the horizontal elements are only represented in - chopped off. mixed
As the fuel 172 reaches and passes between grate elements 174, mixture reception occurs through changes in speed as well as density.
The reduction in the cross-sectional area of the boundary layer of the circulating mixture, which reduction is due to the frontal surface presented by them. grid elements, tends to increase the speed of mixing.
Furthermore, some compression or increase in the density of the combustible mixture occurs upstream of the flame control device, and this compression tends to reduce the speed of the mixture. The important feature of the present invention, however, is that as the divided streams of combustible mixture flow along and beyond grid elements 174, areas 176 of eddy current are created. created downstream of each of these elements. In these areas, the unburned mixture is still in a state of high turbulence, albeit on a reduced scale compared to the turbulence prevailing on the upstream side of these grate elements and, more importantly, this mixture has a net forward speed which is low.
The combustion conditions existing in the vortex zones 176 are therefore much better than the prevailing conditions, for example, in Added 1 word, Approved:
EMI35.1
V \ ...... "', ....;: d \
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with the rapidly moving core of unburned mixture 172 lying to the right of grate elements 174.
We. will now assume that a voltage is applied across ignition electrodes such as electrodes 60 and 62 to cause a spark to spur between these electrodes and ignite at least part of the oil and air mixture exiting the duct d air from the oil burner unit with which is associated the flame control device shown, which causes the heating of the immediately surrounding fuel mixture.
When this ignited and heated combustible mixture reaches the grate elements 174, at least part of the mixture passes through the vortex zones 176. In these zones the combustible mixture which is already burning continues to burn, while that which has been heated. at the temperature of combustion by the spark and or the mixture initially ignited by the spark, but which has not yet been ignited, ignites in turn due to very good combustion conditions prevailing in vortex current areas.
Once combustion has been established in at least some of the vortex zones 176, which combustion takes place very rapidly when a spark is ignited between the electrodes, these vortex zones become ones of regular combustion. as fresh unburned combustible mixture 172 gets there. We can then stop applying a. voltage across the electrodes to stop the formation of ignition sparks.
The combustion products generated in the vortex zones in which the combustion takes place must of course circulate downstream from
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these areas in any regular operation of the oil burner unit. As these flaming products travel downstream, they expand because their temperature is much higher than that of the unburned material from which they originate and also due to diffusion effects. The ignited and expanded gaseous materials from some of the vortex zones are of course in contact with those portions of unburned mixture 172 which flow through adjacent grid members 174 without being entrained in these zones.
Provided that the vortex zones are individually of sufficient size and that they are sufficiently close together, the flame fronts which delimit from the current zones the regions of expansion of the combustion products originating from / vortex expand and reach the non-burnt mixing currents passing between adjacent grid elements
174. When this unburned mixture meets a flame front or a flame front moves to meet it, it finds itself ignited to sustain the flame.
An additional and very important feature is that the heat given off by an ignited vortex zone and by the combustion products from that zone determines the ignition of the unburnt fuel mixture in a zone. adjacent to the vortex side which had not initially ignited. The ignition of the material in this zone and the passage of hot and expanding combustion products from this zone determines the development of at least one more stream of unburned combustible mixture circulating between the elements. Grate 174 Also, of course, this determines the ignition of the combustible mixture in yet another vortex zone.
We
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voi-, so as well as the mixture in the vortex zones ignites in one zone after another, in succession, so that the flame of the oil burner increases in a rapid but controlled way, on the side downstream of the grid elements, with concomitant entrainment, by the flame fronts, of the unburnt combustible mixture circulating between the elements 174 of the grid. Under stable conditions, therefore, the flame of 178 will unite which, if irregularly shaped and substantially continuous, extends between the elements of the grate. This flame front also extends beyond the extreme exterior elements, into the boundary layer of the mixture of oil and circulating air, where the speeds are relatively slow.
Downstream of the flame front 178, there is a substantially solid or transverse area of ignited material 180 extending completely across the path of the free air jet from the air duct of the burner unit to. oil. Essentially all of the fuel sprayed by the unit atomizer is thus burned in the main air jet. It has been stated that in order for the flame build-up described above to occur across grate elements 174, requirements regarding the size and spacing of the vortex zones must be met.
For a given separation of these zones the dimension of the individual zones cannot fall below a minimum value and each individual zone in flame must however emit a sufficient quantity of heat to ignite an adjacent swirl zone which does not. is not yet. Correspondingly, for a given dimension of the individual eddy current zones, the spacing of the adjacent zones cannot exceed a maximum value and the ignition zone by zone must.
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however remain progressive.
In addition, although the combustible mixture in adjacent vortex zones is ignited, there is a minimum value for the size of the zones and a maximum value for the spacing of the zones, for conditions. given operations, so that the flame fronts can develop sufficiently to entrain the unburned mixture passing between the two ignition zones. If these minimum size and maximum gap requirements are not met, it will be the flame fronts from the vortex areas that will be captured by the unburned fuel mixture.
The size of the vortex zones and the spacing of these zones are directly related to the size and spacing of the grid elements 174.
Preferred intervals for the values of these quantities have been given previously in the case of a device for adjusting the flames, the elements of which extend parallel and perpendicular to each other. The preferred intervals mentioned are not unique to this rectangular grid structure only, but are of general scope. For example, in the spiral device 68 adjusting the size of the flames, which is shown in FIG. 3 The spacing between the centers of the adjacent turns, on any essentially radial axis, is preferably between 3.17 and 19.05 mm. Likewise, assuming that a metal wire of round section is used to form this spiral element, its diameter is preferably between 0.76 and 6.35 mm.
In fig. 17, there is shown a device 182 for adjusting the flames which represents a spherical contour
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and comprises a plurality of grid elements 184 which are individually V-shaped in cross section. One of the advantages of such a cross section, compared to the flat elements of round section shown at 174 in FIG. 16, is that for equal display of the establishment of vortex zones on the downstream side of the flame regulator, less weight of metal or the like is required. material to build the grid structure.
With this lower weight of metal, the flame adjustment device 182 has a reduced thermal capacity and therefore more quickly reaches the operating temperature of the combustion chamber. In other words, the flame regulator 182 exerts a less cooling effect on the mixture of oil and air exiting an oil burner unit when the unit and the combustion chamber of the fireplace to which it is associated are started cold. A further advantage of an orientation as shown of the grill elements of V-shaped cross-section is that they determine such division and guidance of the oil and air mixture which occurs. On approach, the risk of drops of liquid fuel striking the grid elements themselves is reduced to a minimum.
It is of course understood that a flame regulating device such as device 66 can be formed of elements having a round cross section but which are not solid, i.e. the elements can be. tubular. Such a construction can have at least the advantage of reducing the weight of the construction material.
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In fig. 18, there is shown a flame control device 186 having a spherical contour and comprising several grid elements 188 which are individually formed by flat metal bands of rectangular cross section. In this aspect, the grate elements 188 are arranged so that their broad sides face the oil sprayer and the air duct of any oil burner with which the flame regulator 186 is associated. Such an arrangement is very effective in creating vortex areas on the downstream side of the device.
Finally, looking at the graph of fig. 19 contains figures which were collected during the operation of a "Model BD" high pressure oil burner unit manufactured by "Gilbert & Barker Manufacturing Co. in West Springfield, Massachusetts.
This unit heats a RB-43 series hearth type boiler manufactured by "U.S. Radiator Corp.", having a combustion chamber whose floor dimensions are 30 cm x 30 cm and height of 45.7 cm. The fuel used is No. 2 heating oil, the feed rate of which is approximately 2.2 liters / hour. The atomization pressure of the oil is approximately 7 kg / cm2 and its atomization temperature is approximately 57 C. The quill of the oil burner unit has an internal diameter of approximately 47.6 mm. and the unit is provided with a spray nozzle manufactured by "Monarch Manufacturing Works" in Philadelphia, Pensylvania, with which the sprayed oil forms a cone with an apex angle of about 30 degrees and a shape in cross section is plain.
A copper heat shield is used with the sprayer. We do not appeal to
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spark ignition only at the start of operations and the secondary air draft in the combustion chamber is approximately 0.38 mm H20.
The flame adjustment device used to obtain a group of values plotted on the graph, with regard to the smoke indices (plotted on the ordinate) and excess air (plotted on the abscissa, in volume%) has the structure of a rectangular grid and has a planar outline. The individual grid elements are solid wires of round section having a diameter of about 1.57 mm and a center distance of about 6.35 mm with respect to adjacent parallel elements. The distance between the outlet end of the sprayer nose and the flame adjuster is approximately 25.4 mm, measured on the axis of the sprayer.
The smoke indices of the combustion gas exiting the fireplace are measured by taking samples just as the gas exits the boiler, after the combustion products have left the heat transmitting surfaces, and then making comparisons. according to Bacharach's technique. The excess air volumes are calculated from measured values of the carbon dioxide content in the flue gas. High percentages, by volume, of carbon dioxide, mean low values of the percentage of excess air, by volume.
The data shown on the graph (curve A: use of the flame control device; curve B: without use of this device) clearly show that, for a given value of the Bacharach smoke index, the percentage of excess air required in the case of an oil burner unit fitted with a compliant flame adjustment device
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according to the present invention is notably less, in some cases by one unit, than the percentage required for the unit not including this device. This decrease in the percentage of excess air determines an increase in the efficiency of the fireplace as has already been pointed out.
Accordingly, in order to achieve a given yield acceptable at any particular time, use with the oil burner unit of the flame regulator according to the present invention results in much combustion. cleaner or closer to the absence of fumes, than the combustion obtained in the absence of this device. This has the conco- effect. nit-ant to allow the given performance to be achieved for a much longer time before it is necessary to clean the heat transmitting surfaces of the fireplace to remove soot deposits.
When a flame control device according to the present invention is used with an already existing oil burner unit, the device cannot by itself prevent the sending of excess air at the rate initially intended for the flame. unit, although this rate is then too high. Of course, the advantages of the present invention can be obtained by providing the unit with a new and smaller fan. However, such substitution can be unusually inconvenient and costly, especially when a method has been developed which allows air supply to the combustion chamber to be reduced without the need for renewal. parts of the burner or to institute a new mode of implementation.
This procedure requires drilling or other form of forming one or more outlet holes in the unit fan housing, on the suction side of the fan, or in the fan housing.
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air duct, so that part of the air discharged by the fan is evacuated and cannot reach the combustion chamber. These outlet holes drilled in the fan housing 32
34 of fig. 1 are shown at 190. With these ports, the fan can operate as it was designed, but the flow of air into the combustion chamber 30 is reduced.
Another modification that may be desirable to make to the previous installation when adding. A device for adjusting the flames to an already existing oil burner unit lies in reducing the size of the combustion chamber with which the unit is associated. In particular, it may be desirable to decrease the length of the combustion chamber. Such a decrease is an effective way of increasing the thermal energy radiated to the flame control device.
The size of the combustion chamber can be reduced by lining the initial chamber with a flexible type heat insulating material, or by placing heat insulating bricks in the chamber to form a new back or downstream wall.
The possibility of coke formation on a flame control device has been mentioned previously and the method of avoiding this formation consists in cutting out the structure of the device which would otherwise be located substantially directly downstream of the electrodes. ignition of the oil burner unit. Such a method is represented by way of example by the cut out regions 108 and 138 made in the devices 102 and 132 for adding 2 words for adjusting the length of the flames represented respectively 1 ref. on figs 9 and 13. However, this solution is not Approved: 1 not the only one. Three others are known, each of which allows the flame adjustment device to maintain its integrity.
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The first of these other solutions is that which consists in applying a positive electric charge to the flame control device. It has been established that the finely divided smoke particles of polymerized hydrocarbons flowing to a combustion chamber from the moment a spark has burst between the ignition electrodes carry a positive charge. As a result, these particles stick to each other and agglomerate to form a large deposit of coke on the structure of the flame regulator whose electric charge is neutral or negative. On the other hand, if the grid structure is positively charged to a potential as low as 6 volts, there is a marked repulsion between this structure and the smoke particles which then circulate in the structure without noticeably adhering to it.
The second of these other solutions consists in creating a condition of significant excess air, locally, around the ignition electrodes. It has been established that a spark generated at about 10,000 volts, a value which corresponds to a typical ignition potential, does not cause a noticeable amount of smoke to form when it bursts into an area where there is an excess of smoke. look important. Specifically, a test was carried out in which auxiliary air was injected into an oil burner unit, just upstream of the ignition electrodes, through a small tube terminating in the spark forming zone. The total amount of air used for combustion is adjusted to give combustion gases with a smoke index of 5.
The results obtained in the test are shown in the table below:
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Table III
EMI46.1
<tb> Volume <SEP> of air <SEP> Composition <SEP> of <SEP> gas <SEP> of <SEP> Quantity <SEP> of <SEP> coke
<tb>
<tb> total <SEP> injected <SEP> combustion <SEP> on <SEP> the <SEP> device
<tb>
<tb> in <SEP> upstream <SEP> of <SEP> Excess <SEP> of air <SEP> Index <SEP> of <SEP> of <SEP> adjustment <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb> the spark, <SEP>% <SEP> Vol.
<SEP>% <SEP> smoke <SEP> flames
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0.7 <SEP> 23 <SEP> 5 <SEP> Very <SEP> strong <SEP> after
<tb>
<tb> 20 <SEP> minutes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2,3 <SEP> 11 <SEP> 5 <SEP> Slight <SEP> after
<tb>
<tb> 40 <SEP> minutes
<tb>
As shown in Table III, a significantly better yield is obtained with the higher percentage. air injection. The excess air requirements are halved for a smoke index of 5.
The rate of coke formation on the flame control unit is greatly reduced. It is reasonable to assume that at an even higher air injection percentage, upstream of the spark, the coke formation on the flame control device could be substantially completely eliminated. Instead of using a special auxiliary air injection through a tube, the desired beneficial effect of preventing coke formation could be achieved by a simpler means which would consist of: suitably arranging an air deflector in the burner air duct to increase the air flow locally in the spark forming area.
The third of these other solutions is to remove the ignition voltage (approximately: 10,000 volts) as quickly as possible after a flame has been established.
If the sending of the ignition voltage is stopped between 2 and 10 seconds after the creation of the flame, the formation of coke on the grid structure is not a problem.
<Desc / Clms Page number 47>
Of course, various modifications can be made to the embodiments described and shown without thereby departing from the scope of the present invention.
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