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"Dispositif de réglage des flammes dans de brùleurs à huile"
La présente invention est relative à des brûleurs à huile. Elle se rapporte en particulier à des brûleurs à huile utilisés pour le chauffage, et plus particulièrement à des brû leurs à huile destinés au chauffage et qui comportent une zone formant foyer dans laquelle l'huile est consommée. Enfin, elle concerne surtout un dispositif permettant d'améliorer la distri bution de la flamme dans de tels brûleurs, et un dispositif grâ ce auquel on favorise une combustion exempte de fumée à de fai blés taux d'air en excès, et grâce auquel le rendement du foyer
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peut être augmenté en conséquence.
Suivant la forme d'aplica tion préférée de l'invention, on utilise un courant d'air de manière à maintenir une température relativement basse dans le diopoitif et 4 augmenter ainsi fortement la durée de celui-ci.
Le présent brevet est un brevet de perfectionnement au brevet bele No. 617.669.
La Majorité des dispositifs de oombustion du type à foyer, prévue dune des systèmes de chauffage utilisant une hui- le comme combustible et d'un usage domestique aussi bien qu'in- custien sont du type à pulvérisation. Un dispositif de com- bustion de ce genre comprend un pulvérisateur d'huile entouré d'un tube ou manchon d'injection d'air, pourvu intérieurement d'ailettes grâce auxquelles un mouvement de tourbillonnement est communiqué à le'air de combustion en Lorbuue de son mélan- ge turbulent avec l'huile sortant du pulvérisateur. Des dis- positifs de combustion du type 4 pulvérisation peuvent être classés encore dans la catégorie baaae pression ou haute pres sion uelon lu pression de 1'alimentation en huile.
Dans les unités à basse pression, destinées au chauf- fage domestique, par exemple, l'huile est envoyée au pulvérisa- teur à des pressions de l'ordre de 2 à 15 livres par pouce car- ré. Une petite quantité d'air, par exemple de 1 à 5% de celle qui.est théoriquement nécessaire pour faire brûler le combusti- ble,est mélangée avec l'huile en avant du pulvérisateur ou dans celui-ci. La fonction principale de oet air est de main- tenir le courant d'huile brisé sous la forme de fines goutte- lettes loroqu'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 4 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 100 livres par pouce carré et n'est pas mélangée avec de l'air en avant du
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pulvérisateur. Comme dans l'unité à basse pression,'le conduit d'air fournit l'air nécessaire à la combustion sous une pression positive très faible seulement. Dans les unités pour chauffage domestique, à basse pression et à haute pression, les débits de l'huile ne dépassent pas souvent 1,70 gallon. par heure.
Four obtenir une combustion réellement exempte de fu- mée dans les systèmes de chauffage du type à foyer utilisant de l'huile comme combustible, il a généralement été nécessaire d'a- limenter l'unité de brûleur à huile avec de l'air dont le débit dépasse considérablement celui qui est théoriquement nécessaire pour consommer complètement le combustible pour un débit done d'admission de celui-ci. Plus l'excès d'air est important, plus le rendement du foyer est faible.
En vue d'obtenir un rendement raisonable 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 as un abaissement extrême de la. température dans la chambre do combus tion, 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 gra- duellement son.rendement global dans n'importe quel cas an rai- son des dépôts de suie sur les surfaces de transmission -.le cha leur. leur, , En considérant ce qui précède comme des carctéristi ques de fonctionnement, on a mis au point un programme de re- cherches pour déterminer avec précision pourquoi les brûleurs à huile forment de la fumée. Ce programme de recherches ; révélé certains défauts de construction et d'utilisation commune en gêné ral à tous les brûleurs à huile du type 4 pulvérisation.
Au cours de ces études, on a constaté que l'air prove- ' nant 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 180 seulement. Le
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déplacement net de la totalité de l'air dans ce jet est essen- tiellement axial, malgré les ailettes ou autres dispositifs oré- ant une turbulence, que l'on place dans le coudait d'air pour
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communiquer des mouvemente'particuliere 4 l'air.
Par suite de la décharge d'air sous la forme d'un jetfïîWt* il existe très sou- vent dvax conditions) importantes qui déterminent un fonctionne. ment 'ivuo 1\J.II1')14 dau brûleur* à huile du typ< à. pulvérisation, à moinn qu'un t.:t'un,l uxcèa d'air ne soit. envoyé 4 lu none de combes- tion.
La première de ces conditions est que la partie oentra- le du jet d'air sortant du conduit d'air se déplace beaucoup trop
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vite iiour que la combustion soit entretenue dans oe jet et se propre dany celui-ci, !I1,e en supposant un mélange idéalement homogénéisé d'air et de vapeur d'huile en vue de la combustion. La v1tuf.le do lit partie centrait de l'air de combustion dépasse souvent 20 pieds par seconde et ce n'est qu'à la oouohe limite du jet que les vitesses diminuent jusqu'à environ 8 pieds par se- condet ce qui eat la vitesse mejtimum pratique pour obtenir une
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flaame régulière dans le système considéré.
Bru fait, le noyau à dé,p7.caeraent plus rapide de l'air de combustion principal sor- tunt du conduit d'air d'un brûleur à huile typique expulse litté- raleuent 7.a fJ.rr.xra en travers de la majeure partie du jet d'air, qui bien enterdu contient au. moins la plus grande partie de l'hui- le fournie par le pulvérisateur, pour ne laisser qu'une enveloppe
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de flauiat entourant ce noyau, au lieu que le jet entier ne ee tx.rr;
s'arcrr4 eh un cylindre complet de flamme dans lequel le front de flamme n'étend transversalement à l'axe géométrique du jet dt air Non seulement, ce fuit peut être déterminé grâce à un exa- men visuel de lu flamme par un regard pratiqué dans la paroi ar-
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rière d'une ohuwbr6 de combustion, mais il ressort aueai d'une mesure des températures qui montre que la température au centre du jet d'air d'un brûleur allumé est inférieure au point d'ébul- lition de l'huile de chauffage domestique et qu'elle est parfois
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et en certains endroits aussi basse que 240 F tandis que la tem pdrature mesurée près de la couche limite du jet d'air, mais à la mêe distance axiale du nez du pulvérisateur,
est souvent aus si élevée que 2200 F
La seconde condition qui existe très souvent avec des brûleurs typiques 4 huile, par suite de l'émanation d'air hors de oeux-oi sous la forme d'un jet libre, réside dans le fait que leurs pulvérisateurs déchargent au moine une certaine quantité de combustible liquide à travers la couche limite de leur jet d' air} autrement dit, lesformes 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 permanente 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 amende 4 brûler en dehors du jet d'air principal, en particulier dans les foyers de la dimension convenant pour le chauffage domestique, dans lesquels la longueur de la chambre de combustion peut être assez limitée. Dans de tels foyers, et mê me souvent dans certaine 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 paroi arrière de la chambre de combustion et se trouve étalé vers l'extérieur dans de nombreuses directions.
Pendant qu'il circule sous la forme d'une partie du couirant principal provenant du brûleur, ce noyau non brûlé se trouve dans un état extrêmement tur .maie lors qu'il se trouve étalé vers 1'extérieur à distancerai la paroi ar- rière de la chambre de combustion, il perd rapidement sa turbu- lence. 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.
E conséquence, en vue de finir de brûler complète,ment ce oombusti-
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ble, le combustible parvenant l/statrooa jbrûlé dans le jet d'II air principal avant de rencontrer la paroi arrière ce jet doit
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contenir un excès d'air considérable- parce qu'il faut qu'il en- tretienne la combustion, dans une zone de turbulence réduite, dans laquelle les vitessesde diffusion des vapeurs d'hydrocarbures et d'oxygène sont basses.
Lu situation en ce qui concerne l'huile combustible pul- vérisé à travers la couche limite du jet d'air principal est en- cure moins favorable. En bridant le jet d'air, ce combustible émerge dans une région avant do la chambre de combustion, située près du pulvérisateur, qui serait d'une chaleur appropriée pour vaporiser le combustible, mais qui également cet dépourvue, ou tout au moine tend à être dépourvue, d'oxygène et dansla quelle la turbulence est médiocre.
Pour que cette région reçoive de 1' oxygène, il faut qu'il se produise un retour de l'air pur tour- billonnemetn et diffusion à partir de la région arrière de la zo- ne de combustion, dans laquelle le noyau du jet d'air principal est finalement brillé, et cette région tend aussi à ne pas rece voir années d'uir pour ses propres besoin., dans n'importe quel cas.
, Une autre considération réside dans le fait que, bien qu'une quantité importante de l'air circulant le long du noyau du jet d'air principal provenant de l'unité de brûleur à huile soit en excès de celle qui est théoriquement nécessaire pour brû
1er le combustible contenu dans oe noyau, la totalité de cet ex- cès ne ,sera pas disponible en fait pour 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.
Une bonne quan tité de cet uir en excès sera entraînée a travers le four et sor- tira par lu cheminée, en môme temps que les produits de combus- tion aune avoir l'occasion de revenir en tourbillonnant au par diffusion vers la région avant de la chambre de combustion. De ox fait en vire d'envoyer suffisamment d'air dans cette région en . vue d'une 'combustion complète et d'une turbulence relativement légère seulement, du combustible quelconque qui est pulvérisé,
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compte tenu.
du fait que cette combustion demande elle-même un excès considérable d'air par rapport à la quantité théoriquement nécessaire pour faire brûler ce combustible, un très grand pour- centage global d'air en excès doit être fourni à la chambre de
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combustion à travers le conduit d'air de l'unité de brûleur à huile. Si on ne procède pas ainsi, au moins une partie du matz- bustible fourni à la chambre de combustion ne brûlera pas oomplè-" tement maie, au contraire, se trouvera polymérisée en formant de : la fumée.
D'autre part, si la quantité d'air en excès est suf- fisante pour empêcher une telle polymérisation, c'est-à-dire pour assurer une combustion réellement sans fumée, il se produ, une réduction notable du rendement du foyer.
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Suivant le programme précédent de recherches et spécia-" lement suivant la présente invention, on a trouvé que les effets des deux conditions décrites qui aboutissent à une combustion a
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vec fumée peuvent être réduits à un degré très important et éga- lement de manière tr,.:e peu ooûtr-euse en plaçant, dans le courant d'air, un dispositif de réglage des flammes d'une conception
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convenable.
Un tel dispositif, utilisé conformément à la présent te invention, crée des régions de turbulence élevée mais de faible vitesse d'avance nette dans le jet d'air, dans lequel la combustion peut être amorcée, ces régions constituant ultérieure-.
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ment de manière continue des points d'allumage pour le conbusti- ble dans la totalité du jet d'air.
On comprendra mieux la nature et la aubcrcanoe d. la présente invention jjrSce à la description suivante donnée avec zur référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en élévation et en coupe à tra vers un foyer de chauffage, cette vue montrant une partie de la
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chambre de combustion et d'une unité de brûleur à huile à pulvé- risation et à haute preasion, pourvue d'un dispositif de réglage des flammes, comprenant une structure le grille , ce dispositif étant attaché à l'orifice J'uir du conduit d'air du brûleur.
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La figure 2 est une vue latérale montrant, avec certains détails, le type proféré de dispositif, tandis que la figure 3 est une vue avant correspondant à la figure 2.
La figure 4 uontre la mise en place d'un collier dans un cône 6 un vue d'assurer un tourbillonnement de l'air entrant.
Les figures 5, 6 at 7 montrent d'autres variantes de E1' ensemble.
La figure 8 montre la construction proférée du disposi- tif de la présente invention et est en fait une vue en coupe ver- ticale du la figure 2.
En se féférent pluu particulièrem,enmt à la figure 1, on a désgné par 1 une chambre de combustion d'un foyer de chauffage.
Un ventilateur centrifuge 2 comprenant un carter 3 et un élément rotatif 4 fournit de 1'air à la chambre de combustion :par un tube d'air 5. Un cône extrême ou orifice d'air 6 est mis en place sur le tube d'air 5 et dans la chambre de combustion 1. Cet orifice est fixa au tube d'air par des via de réglage ou autres moyens ap- prorpiés qui le fixent d'une manière déterminée dans la chambre de combustion.
Le cône extrême 6 présente une ouverture 7, de préféren- ce une ouverture circulaire, qui est d'un diamètre suffisant pour que la cône de pulvérisation d'huile divergent 8 le traverse pra- tiquemetn $uns obstacle. Ce cône extrême 6 est caractérisé par une ouverture arrière, dont le diamètre est sensiblement plus grand que son ouverture 7. Cette ouverture arrière est sensible- ment équivalente au diamètre du tube d'air. La distance ou pro- fondeur entre l'ouverture 7 et l'ouverture arrière peut varier de manière appréciable suivant les dimensions du dispositif.
D'une manière généralem, on profère que l'unité ait environ, sur la moi- tié de la diutance entre l'ouverture arrière et l'ouverture avant 7, un diamètre équivalent à celui de l'ouverture arrière. De ce fait, en son point milieu, le dispositif présente de préférence une conicité d'allure sphérique en direction de l'ouverture avant.
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Une pompe 9 alimente l'huile combustible nous pression.
¯ Cette pompe 9 se décharge à travers une section d'un conduit fle- xible 10 et une section d'un conduit rigide 11 qui pémètre dans le carter du ventilateur et s'étend dans celui-ci jusqu'en un point situé à l'intérieur du cône extrême 6. La section de tube
11 est supportée das un palier à croisillons 12 ou dispositif équivalent, monté à l'intérieur du tube d'air 5, et également dans une buselure 13 montée à l'extérieur du carter 5 et oompor-' tant une via à ailettes 14 ou autre dispositif de serrage conve- nable, grâce auquel le section de tube sera ajustée dans le sens longitudinal. L'extrémité du tube 11 se termine dans le pulvéri- sateur 15. Une électrode d'allumage 16 ou moyen équivalent est disposé dans le tube d'air 5.
Un dispositif de contrôle des flammes 17 est disposé au-delà de l'ouverturo 7 du cône 6, de manière à s'étendre en travers du cône de pulvérisation d'huile 8 De ce fait, au cours du fonctionnement, l'air tourbillonne dans le cône 6, traverse 1 ouverture 7 et se mélange par intermittence avec l'huile du cône de pulvérisation d'huile 8. Ce mélange traverse la grille du dis positif de réglage des flammes 17, ce qui favorise une combustion efficace du mélange.
Cependant, suivant la forme de réalisation de la pré- sente invention, la combustion et la détérioration du dispositif de réglage des flammes sont empêchées par l'aération dea entre- toises de support 18 où la plupart des dégâts se produisent.
Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, ces entretoises consistent en des éléments tubulaires dans lesquels une partie de l'air traversant le tube 5 est chassée, tandis que le restant de l'air, comme signalé précédemment, se mélange avec le cône d'huile et traverse l'ouverture 7.
L'appareil de la présente invention peut être mieux compris encore en se référant aux figures 2, 3 et 4, où les élé- ments similaires ont été numérotés de la même manière qu'à la fi-
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gure 1. En se référant en particulier à la figure 2, on comprend dra que le pulvérisateur 15 se termine dans le cône 6 et que le cône de pulvérisation d'huile 8 traverse l'ouverture 7 en se mé langeant ave l'air tourbillonnant provenant du cône 6 et frappe la grille 17. Une partie de l'air traverse ou est dérivée à tra- vers 1es entretoises 18. La figure 3 est une vue avant du dis- positif illustré à la figure 2.
La figure 4 est une vue arrière de la figure 3, montrait un collier mis en place dans le cône 6, un mouvement de tourbil- lonnement étant imparti au jet d'air grâce à des aubes 19
La figure 5 est semblable à la figure 2, sauf que les entretoises tubulaires 18 sont isolées contre l'effet Nuisible de la chaleur grâce à des enveloppes isolantes ou céramiques 20.
La matière d'enveloppement peut consister également, par exemple, en un feutre réfractaire ou matière similaire.
La figure 6 est semblable à la figure 2, sauf que les extrémités des entretoises tubulaires 18 sont modifiées de manière à amener l'uir dérivé traversant oes entretoises, à circuler on travers de la surface de la grille, 17, de manière à assurer un refroidissement supplémentaire de celle-ci. La figure 7 est semblabe à la figure 2, à part que les entretoises 18 sont pleines et que l'air est dérivé par dea ouvertures 21 pratiquées dans la surface du cône, de manièreà ame 1'air dérivé à cir culer le long des entretoises 18 ou à heurter oellea-oi, de maniè- re à assurer leur refroidissement.
La figure 8 est une vue en coupe verticale du disposi- tif de l'invention, montrant une construction préférée de l'élé- ment formant le cône. Cet élément consiste essentiellement en u- ne section intermédiaire 6B qui est une section tronoonique d'une sphère creuse Une zone cylindrique plate 6A, qui est tangente à la section conique, constitue l'arrière du dispositif 6. Une zone annulaire plate 6C qui est également tangente à la section conique, définit l'ouverture avant.
Il y a lieu de noter que les
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entretoises cylindriques 18 s'étendent vers l'extérieu-" à partir de l'aire centrale 6B et supporte ainsi la grille 17 Le pulvé- risateur d'huile 15 s'étend pratiquement jusqu'à mi-chemin à l'in- térieur de cet élément 6.
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La présente invention concerne de la sorte Iltitilîsation' d'un dispositif de réglage des flammes, celui-ci étant refroidi par une partie d'air non mélangée, dirigée contre la grille et
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particulièrement utilisée pour refroidir les entretoises de etip*b ports La variante préférée consiste en ce que ces entretoises sont tubulaires et en ce qu'on amené une partie de l'air à oircu- 1er dans ces entretoises. L'entièreté du dispositif ou une pai tite quelconque de celui-ci peuvent être constituées en un matériau' résistant à la chaleur.
A titre d'exemple, le dispositif peut
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être fait en "Hastelloy X", fabriqué par la société Haynes S we113...- te Cômpany. Cet alliage comprend essentiellement environ 41 à
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52% de nickel, out5 à 2,5% de cobalt, 20,5 à 23y de chromo, 8 b 10jï.i I de molybdène, 0,2 à 1% de tungstène, et environ 17 à 20% de fer. Un autre matériau satisfaisant est constitué par le "Inoonel", fat briqué par la société International Nickel Company.
Cet alliage comprend environ 74% de nickel, 16% de chrome, 8% de fer et envi-. ron 2% de colombium.
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Les dimensions effectives du dispositif de rég3age des flammes peuvent varier de façon importante suivant la capacité du brûleur avec lequel ce dispositif doit être utilisé.. Un.. unité
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satisfaisante comprend un o8ne a'ant un diamètre d'envir 'n 3 pouoaa' 1/4, dans lequel l'ouverture 7 est d'environ 1 3/4 pouce. La pro
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fondeur da cône peut $tre d'environ 1 1/4 pouce sous lei condition dunu .eeua,.ac la grille est disposée à environ 1 pouce au-delà de l'ouverture 7. Le diamètre des entretoises tubulaires sous ces conditions devrait être d'environ 1/4 de pouce.
La largeur de la partie 6A doit être d'environ 5/8 de pouce, tandis que la largeur de l'anneau 60 devrait être d'environ 3/8 de pouce. Ce-
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pendant, le oiauetra du cône peut varier d'environ 2 à 10 pouces
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et plus, avec des mesures correspondantes pour les autres élé ments.
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R.V3-SI CITIONS 1. Une unité de brûleur huile$ comprenant en combi- naison une chu,,abre de aorxba,.3t.on, un conduit d'air souffla oommu- zaiu;wr.t avec cette ohuabre da combustion, un chapeau destina à 3trj lâi-î en lace sur ,' axtr:ait3 de ce tube d'air à l'intérieur cfe 1. chlore de combustion, ce chapeau étant caractérisé en ce qu'il présente un diamètre arrière sensiblement équivalant à celui.
du tuba d'air et un diamètre avant sensiblement inférieur à oe diaetre arrière, un pulvérisateur d'huile disposa dans le tube de soufflage d'air, en étant essentiellement coaxial avec lui et par lequel d l'huile pour la combustion eat déchargée sous forme d'un cône divergent à travers l'ouverture avant du chapaau, un
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dispositif de YE'tSlage des flamrner3 comprenant une etrucfare à gril- le aispoaée en travers de l'axe du côna de pulvérisation d'huile, et mi;
. en place au-delà de la face avant du chapeau pour s'éten- dre au-delà da cône d'huile, des élément a formant entretoiaes pour =u.zintnix cette structure à grille darne une position fixe par rapport au chapeau, et des moyens pour mettre en contact une partie suparée de l'air entrant, avec ces entretoises,
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2. Une unit-j de brûleur à huile suivant la revendica- tion 1, dasn laquelle les entretoises consistent en des éléments cylindriques creux allant de l'intérieur du chapeau jusqu'en un point voisin de la structure à grille.
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3. Une unité de brûleur a huile suivant la revendica- tion 1, dans laquelle le chapeau comprend une section tronconique
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ïnttiriat'lluiru, une Motion avunt en forme de dieque et une sec- tion arriéra cylindrique.
**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 relates in particular to oil burners used for heating, and more particularly to oil burners intended for heating and which include 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 such burners, and a device thanks to which smoke-free combustion is promoted at low levels of excess air, and thanks to which the household efficiency
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can be increased accordingly.
According to the preferred form of application of the invention, an air current is used so as to maintain a relatively low temperature in the diopoitif and thus greatly increase the duration of the latter.
The present patent is an improvement patent to bele patent No. 617,669.
The majority of hearth type combustion devices provided for in heating systems using oil as fuel and for household as well as household use are of the spray type. Such a combustion device comprises an oil sprayer surrounded by an air injection tube or sleeve, internally provided with fins by which a swirling motion is imparted to the combustion air in the air. of its turbulent mixture with the oil coming out of the sprayer. Spray type combustion devices can be further classified as high pressure or high pressure baaae depending on the pressure of the oil supply.
In low pressure units, intended for home heating, for example, the oil is sent to the sprayer at pressures on the order of 2 to 15 pounds per square inch. A small amount of air, for example 1 to 5% of that which is theoretically required to burn the fuel, is mixed with the oil in front of or in the sprayer. The main function of this air is to hold 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 combustible mixture.
The air supplied by the air duct is a pressure only slightly exceeding atmospheric pressure. In high pressure units, the oil is sent to the sprayer at a pressure of about 100 pounds per square inch and is not mixed with air ahead of the
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sprayer. As in the low pressure unit, the air duct supplies the air necessary for combustion under very low positive pressure only. In units for home heating, low pressure and high pressure, oil flow rates often do not exceed 1.70 gallons. per hour.
Furnace To achieve truly smoke-free combustion in hearth-type heating systems using oil as fuel, it has generally been necessary to feed the oil burner unit with air whose the flow rate considerably exceeds that which is theoretically necessary to completely consume the fuel for a flow therefore of admission thereof. 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, the excess airflows being kept low enough so that there is no extreme lowering. of the. temperature in the combustion chamber, but with the resultant formation of at least some smoke.
Due to the existence of smoke-forming conditions, an internal fouling of the fireplace occurs which gradually deteriorates its overall performance in any case due to soot deposits on the transmission surfaces - .the heat. Their,, Considering the above as operating characteristics, a research program has been developed to determine precisely why oil burners form smoke. This research program; revealed certain construction and use faults generally common to all type 4 spray oil burners.
In the course of these studies, it has been found that the air from most oil burners takes the form of a free jet. This constitutes a movable air funnel with a fairly small included angle, usually only 180. The
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The net displacement of all of the air in this jet is essentially axial, notwithstanding the fins or other turbulence-controlling devices, which are placed in the air elbow to
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communicate particular movements in the air.
As a result of the discharge of air in the form of a jet there are very often important conditions which determine operation. ment 'ivuo 1 \ J.II1') 14 dau burner * type <to. spraying, unless there is a t.:t'un,l uxcèa of air. sent 4 lu none of combes- tion.
The first of these conditions is that the central part of the air jet exiting the air duct is moving too much.
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quickly, so that the combustion is maintained in this jet and is clean in this one,! I1, e assuming an ideally homogenized mixture of air and oil vapor for combustion. The velocity of the central portion of the combustion air often exceeds 20 feet per second and it is only at the limit of the jet that the velocities decrease to about 8 feet per second. the maximum practical speed to obtain a
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regular flaame in the considered system.
Bru fact, the die core, p7 will be faster from the main combustion air exiting the air duct of a typical oil burner literally expels 7.a fJ.rr.xra through the most of the air stream, which well enterdu contains au. minus most of the oil supplied by the sprayer, leaving only an envelope
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of flauiat surrounding this nucleus, instead of the entire jet being tx.rr;
a complete cylinder of flame in which the flame front does not extend transversely to the geometrical axis of the air jet. Not only can this leakage be determined by a visual examination of the flame by a practiced gaze in the rear wall
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of a combustion oil, but it appears from a measurement of temperatures which shows that the temperature at the center of the air jet of a lit burner is below the boiling point of the heating oil. domestic and that she is sometimes
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and in some places as low as 240 F while the temperature measured near the boundary layer of the air jet, but at the same axial distance from the nose of the sprayer,
is often as high as 2200 F
The second condition which very often exists with typical 4 oil burners, as a result of the emanation of air out of the eyes in the form of a free jet, is that their atomizers discharge a certain quantity at the monk. fuel liquid through the boundary layer of their air jet} that is, the shapes of the air jet and the oil jet no longer match so that a portion of the supplied oil is not mixed. permanently with combustion air within the limits of the main air stream.
As a result of these conditions, a significant portion of the fuel is fine 4 burnt outside the main air stream, especially in fireplaces of the size suitable for domestic heating, where the length of the combustion chamber can be. quite limited. In such fireplaces, and even often in certain fireplaces of a size suitable for industrial heating, the unburnt core of the jet formed by the mixture of main air and oil hits the rear wall of the combustion chamber and is found spread out in many directions.
As it circulates as part of the main stream from the burner, this unburned core is in an extremely turmoil state when it is spread outward away from the back wall. combustion chamber, it quickly loses its turbulence. 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.
Consequently, in order to finish burning completely, this fuel
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ble, the fuel reaching the statrooa j burnt in the main air jet before meeting the rear wall this jet must
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contain a considerable excess of air - because it has to maintain combustion, in a zone of reduced turbulence, in which the diffusion velocities of the hydrocarbon and oxygen vapors are low.
The situation with regard to fuel oil sprayed through the boundary layer of the main air jet is less favorable. By restraining the jet of air, this fuel emerges in a region before the combustion chamber, located near the pulverizer, which would be of an appropriate heat to vaporize the fuel, but which also this devoid, or all the monk tends to be devoid of oxygen and in which turbulence is poor.
In order for this region to receive oxygen, there must be a return of pure air swirling and diffusing from the rear region of the combustion zone, in which the core of the jet dies. The main air is finally shone, and this region also tends not to receive years of uir for its own needs, in any case.
Another consideration is that although a significant 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 required for burn
1st the fuel contained in this core, all of this excess will not in fact be available for burning the fuel which is sprayed out through the boundary layer of the jet, in the front region of the combustion chamber. .
A good quantity of this excess air will be carried through the furnace and exit the chimney, at the same time as the products of combustion give the opportunity to return by swirling by diffusion towards the region before being released. the combustion chamber. In this way, enough air is sent to this region. view of complete combustion and relatively light turbulence only, of any fuel being atomized,
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considering.
since this combustion itself requires a considerable excess of air over the quantity theoretically required to burn this fuel, a very large overall percentage of excess air must be supplied to the combustion chamber.
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combustion 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 will not burn completely but, on the contrary, will be polymerized to form smoke.
On the other hand, if the amount of excess air is sufficient to prevent such polymerization, i.e. to ensure truly smokeless combustion, a substantial reduction in the efficiency of the fireplace occurs.
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In accordance with the foregoing program of research and especially in accordance with the present invention, it has been found that the effects of the two conditions described which result in combustion has
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ith smoke can be reduced to a very great degree and also in a very economical manner by placing, in the air stream, a flame regulating device of a suitable design.
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suitable.
Such a device, used in accordance with the present invention, creates regions of high turbulence but low net forward velocity in the air jet, in which combustion can be initiated, these regions constituting later.
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continuous ignition points for the fuel in the entire air stream.
We will better understand nature and the aubcrcanoe d. the present invention jjrSce to the following description given with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 is an elevational view in section through a heating fireplace, this view showing part of the
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combustion chamber and a high preasion spraying oil burner unit, provided with a flame regulating device, comprising a structure the grate, this device being attached to the orifice of the duct air from the burner.
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Fig. 2 is a side view showing, in some detail, the proffered type of device, while Fig. 3 is a front view corresponding to Fig. 2.
Figure 4 uontre the establishment of a collar in a cone 6 a view to ensure a swirling of the incoming air.
Figures 5, 6 and 7 show other variants of E1 'together.
Figure 8 shows the contoured construction of the device of the present invention and is actually a vertical sectional view of Figure 2.
By féferent pluu particulièrem, enmt in Figure 1, we have denoted by 1 a combustion chamber of a heating fireplace.
A centrifugal fan 2 comprising a housing 3 and a rotating element 4 supplies air to the combustion chamber: through an air tube 5. An end cone or air orifice 6 is placed on the combustion tube. air 5 and in the combustion chamber 1. This orifice is fixed to the air tube by means of adjustment or other suitable means which fix it in a determined manner in the combustion chamber.
The end cone 6 has an opening 7, preferably a circular opening, which is of sufficient diameter for the diverging oil spray cone 8 to pass through it substantially an obstacle. This end cone 6 is characterized by a rear opening, the diameter of which is substantially larger than its opening 7. This rear opening is substantially equivalent to the diameter of the air tube. The distance or depth between the opening 7 and the rear opening can vary appreciably depending on the dimensions of the device.
In general, it is said that the unit has approximately, over half of the diutance between the rear opening and the front opening 7, a diameter equivalent to that of the rear opening. Therefore, at its midpoint, the device preferably has a spherical-shaped taper towards the front opening.
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A pump 9 supplies fuel oil to us under pressure.
¯ This pump 9 discharges through a section of a flexible duct 10 and a section of a rigid duct 11 which penetrates into the fan housing and extends into the latter to a point located at the 'inside the extreme cone 6. The tube section
11 is supported in a cross bearing 12 or equivalent device, mounted inside the air tube 5, and also in a nozzle 13 mounted on the outside of the casing 5 and providing a finned via 14 or another suitable clamping device, by which the tube section will be adjusted in the longitudinal direction. The end of the tube 11 terminates in the sprayer 15. An ignition electrode 16 or equivalent means is disposed in the air tube 5.
A flame control device 17 is disposed beyond the opening 7 of the cone 6, so as to extend across the oil spray cone 8 As a result, during operation, the air swirls in the cone 6, passes through 1 opening 7 and mixes intermittently with the oil of the oil spray cone 8. This mixture passes through the grid of the flame adjustment device 17, which promotes efficient combustion of the mixture.
However, in accordance with the embodiment of the present invention, combustion and damage to the flame regulator is prevented by venting the support struts 18 where most damage occurs.
According to a preferred embodiment of the invention, these spacers consist of tubular elements in which part of the air passing through the tube 5 is expelled, while the remainder of the air, as indicated above, mixes with the air. oil cone and passes through opening 7.
The apparatus of the present invention can be further understood by reference to Figures 2, 3 and 4, where similar elements have been numbered in the same manner as in Figure 1.
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Figure 1. Referring in particular to Figure 2, it will be understood that the sprayer 15 terminates in the cone 6 and that the oil spray cone 8 passes through the opening 7 mixing with the swirling air from cone 6 and hits grille 17. Part of the air passes through or is bypassed through struts 18. Figure 3 is a front view of the device shown in Figure 2.
FIG. 4 is a rear view of FIG. 3, showing a collar placed in the cone 6, a swirling movement being imparted to the air jet by means of the vanes 19
Figure 5 is similar to Figure 2, except that the tubular spacers 18 are insulated against the harmful effect of heat by means of insulating or ceramic envelopes 20.
The wrapping material may also consist, for example, of refractory felt or the like.
Figure 6 is similar to Figure 2, except that the ends of the tubular spacers 18 are modified so as to cause the derivatized uranium passing through these spacers, to circulate through the surface of the grid, 17, so as to ensure a additional cooling thereof. Figure 7 is similar to Figure 2, except that the struts 18 are solid and air is bypassed through openings 21 in the surface of the cone so as to allow the bypassed air to flow along the struts. 18 or to strike oellea-oi, so as to ensure their cooling.
Figure 8 is a vertical sectional view of the device of the invention showing a preferred construction of the cone member. This element essentially consists of an intermediate section 6B which is a truncated section of a hollow sphere. A flat cylindrical zone 6A, which is tangent to the conical section, constitutes the rear of the device 6. A flat annular zone 6C which is also tangent to the conical section, defines the front opening.
It should be noted that the
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Cylindrical spacers 18 extend outwardly from the central area 6B and thus support the grate 17 The oil sprayer 15 extends almost halfway in. of this element 6.
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The present invention thus relates to the use of a flame control device, the latter being cooled by a part of unmixed air, directed against the grate and
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particularly used for cooling the spacers of etip * b ports The preferred variant consists in that these spacers are tubular and in that part of the air to flow through these spacers is brought in. The entire device or any part thereof may be made of heat resistant material.
For example, the device can
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be made in "Hastelloy X", manufactured by the company Haynes S we113 ...- te Cômpany. This alloy essentially comprises about 41 to
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52% nickel, 5-2.5% cobalt, 20.5-23% chromo, 8-10% molybdenum, 0.2-1% tungsten, and about 17-20% iron. Another satisfactory material is constituted by "Inoonel", fat briquetted by the International Nickel Company.
This alloy comprises approximately 74% nickel, 16% chromium, 8% iron and approx. ron 2% colombium.
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The actual dimensions of the flame regulator can vary greatly depending on the capacity of the burner with which this device is to be used. One .. unit
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Satisfactory comprises an o8ne having a diameter of about 3 inches 1/4, wherein the opening 7 is about 1 3/4 inch. The pro
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cone melter may be about 1 1/4 inch under the condition of a .eeua, .ac the grate is disposed about 1 inch beyond opening 7. The diameter of the tubular spacers under these conditions should be about 1/4 inch.
The width of part 6A should be about 5/8 inch, while the width of ring 60 should be about 3/8 inch. This-
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during, the oiauetra of the cone can vary from about 2 to 10 inches
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and more, with corresponding measurements for the other elements.
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R.V3-SI CITIONS 1. An oil burner unit $ comprising in combination a chu ,, abre de aorxba, .3t.on, an air duct blown oommu- zaiu; wr.t with this combustion oil , a cap intended for 3trj lâi-î lace on, 'axtr: ait3 of this air tube inside cfe 1. combustion chlorine, this cap being characterized in that it has a rear diameter substantially equivalent to the one.
of the air tuba and a front diameter substantially less than its rear diameter, an oil sprayer disposed in the air blast tube, being substantially coaxial with it and through which oil for combustion is discharged under shape of a cone diverging through the front opening of the chapaau, a
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flamrner3 YE'tSlage device comprising a grill etrucfare aispoaée across the axis of the oil spray cone, and mi;
. in place beyond the front face of the bonnet to extend beyond the oil cone, spacer elements for = u.zintnix this grid structure have a fixed position with respect to the bonnet, and means for bringing a large part of the incoming air into contact with these spacers,
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2. An oil burner unit according to claim 1, in which the spacers consist of hollow cylindrical members extending from the interior of the cap to a point adjacent to the grate structure.
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3. An oil burner unit according to claim 1, wherein the cap comprises a frustoconical section.
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ïnttiriat'lluiru, a Motion with the shape of a dieque and a cylindrical rear section.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.