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Brûleur à gaz.
La présente invention concerne d'une manière générale des brûleurs pour combustibles gazeux, tels que le gaz naturel ou un combustible gazeux artificiel, par exemple un mélange d'air et de propane, ayant un pouvoir calorifique semblable à celui du gaz naturel. L'invention a spécialement pour objet un brûleur à gaz de forme allongée tel que ceux qui sont utilisés dans les foyers de chaudières à gaz et dans les chauffe-eau du type à tubes ,échangeurs de chaleur horizontaux.
Dans les appareils du type considéré, il convient de réduire au minimum les dimensions hors tout du brûleur et, par suite, de l'appareil dans lequel celui-ci est incorporé, sans limiter la longueur de la partie du brûleur présentant les orifices d'arrivée du combustible. Il est en outre souhaitable d'unifor- miser l'écoulement du combustible par les orifices du brûleur, quel que soit leur emplacement par rapport à l'arrivée du com- bustible gazeux au brûleur. Le brûleur décrit ci-après et repré-
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sente au dessin permet une réduction des dimensions de son profil horizontal et de son profil vertical, et il comprend une chambre de répartition construite de façon à assurer une flamme uniforme sur toute sa longueur.
Un autre point considéré dans l'étude des brûleurs à gaz est la dimension des orifices de ceux-ci, qui doit être suffisante pour réduire au minimum le risque d'obstruction par des matières étrangères provenant de l'extérieur, tout en empêchant un retour de flamme par ces orifices, ce qui pourrait provoquer une combustion ! à l'intérieur du brûleur lui-même. Ce retour de flamme par les orifice. du brûleur peut se produire avec tout combustible gazeux mais en particulier lorsqu'on utilise un mélange de gaz artificiel et d'air, par exemple de propane et d'air, injecté dans une chambre de brûleur initialement remplie d'air.
L'air de la chambre peut former avec le combustible un mélange explosif qui, s'il s'enflamme par les grands orifices du brûleur, peut provoquer un retour de flamme et une combustion dans la chambre du brûleur. Dans le brûleur décrit ci-après et représenté sur le dessin, l'inflammation aux grands orifices est différée jusqu'à ce que le combustible gazeux introduit ait balayé l'air de la chambre du brûleur de façon qu'il ne puisse pas se produire de retour de flamme. Suivant le mode d'exécution faisant l'objet de l'invention, l'allumage initial est assuré par de petits orifices prévus à l'extrémité d'entrée du brûleur et à l'extérieur de la zone dans laquelle l'obturation des orifices a le plus de chance de se produire.
La présente invention procure un brûleur à gaz comportant un corps allongé qui comprend une chambre de répartition à l'une de ses extrémités et, à son extrémité opposée, une chambre de diffu- sion divergeant vers l'avant et communiquant avec l'extrémité voisi- ne de la chambre de répartition, la chambre de diffusion présentant une ouverture d'admission pour le combustible à son extrémité opposée à celle par laquelle elle communique avec la chambre de répartition;
le corps du brûleur comporte en outre à sa partie supérieure un dis- positif présentant des orifices de sortie pour le combustible gazeux
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et s'étendant en substance sur toute la longueur de la chancre de répartition en communication avec ce dispositif et la paroi de fond de la chambre de répartition est prévue de façon que la section transversale de celle-ci diminue de l'une à l'autre de ses extrémités;
il est également prévu une chicane transversale dans la zone d'entrée de la chambre de répartition entre ses pa- rois latérales, chicane qui est espacée des parois supérieure et inférieure de la chambre et qui se trouve dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe du corps du brûleur, de façon à ralentir l'écoulement du combustible gazeux et à provoquer un tourbillonnement propre à augmenter la pression dans la cham- bre de répartition.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un brûleur à gaz, donnée ci-après à titre d'exemp le, avec référence au dessin annexé dans lequel :
La fig. 1 est une vue en perspective d'un brûleur à combustible gazeux conforme à la présente invention; la fig. 2 est une vue en coupe longitudinale verticale du brûleur représenté à la fig. 1, et la fig. 3 est une vue en coupe transversale verticale suivant la ligne 3.-3 de la fig. 2.
La forme d'exécution de l'invention actuellement pré- férée, choisie pour la description et représentée au dessin, com- prend un brûleur.11 présentant une rampe d'orifices principaux 12 et une section d'orifices d'allumage 13. Le brûleur comprend -un corps allongé 14, dont l'extrémité d'admission 15 a une section transversale dans l'ensemble circulaire, et ses parois divergent en sens opposés à partir d'un étranglement de venturi à diamètre minimum 16. Le venturi est placé sur un conduit d'ame- née de gaz 17, partant d'une tuyauterie d'alimentation en com- bustible gazeux 18. L'air de combustion pénètre dans le venturi par l'ouverture 19 et se mélange au combustible admis.
La partie du corps 14 du brûleur se trouvant en aval
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du venturi 16 comprend une chambre de diffusion 21, de section progressivement croissante, et une chambre de répartition 22.
La chambre de diffusion du brûleur s'étend jusqu'au plan vertical passant par le point 23, tandis que la chambre de répartition part du plan passant par le point 24' On peut donc constater que la chambre de diffusion et la chambre de répartition du brûleur empiètent l'une sur l'autre, ce qui diminue la longueur hors tout ou le profil horizontal du brûleur. Le combustible gazeux se dilate dans la chambre de diffusion 21, où son allure se ralen.. tit, pour transformer en pression l'énergie cinétique due à sa vitesse d'écoulement.
La paroi supérieure 20 de la chambre 22 du brûleur est pourvue de côtes transversales verticales creuses 25, qui . font saillie à l'extérieur du corps principaldu brûleur et con- stituent un certain nombre de chambres transversales 26 communi- quant avec la chambre de répartition 22. Dans les faces supé- rieures des côtes 25 sont prévus les orifices principaux 27 du brûleur, qui ont un diamètre relativement grand.
Du point 23 à l'extrémité du brûleur, la section trans- versale delà chambre de répartition 22 diminue, de préférence suivant une courbe en substance exponentielle de la paroi infé- rieure 28, les parois latérales du corps 14 étant, dans la zone des orifices principaux du brûleur, sensiblement planes.
La courbe de la paroi 28 se modifie à l'extrémité 29 du brûleur ' de façon que le corps du brûleur, ainsi épaissi, présente en cet endroit une plus forte résistance.
L'extrémité fermée du brûleur se prolonge par un bras de support 31, venu d'une pièce avec celui-ci et destiné à se lo- ger dans un manchon de support approprié 32. A son extrémité d'ad mission, le brûleur est pourvu d'une console 33, également venue d'une pièce avec lui et prévue pour se poser sur un rebord de sup- port 34. Une nervure solidaire 35 descend de l'extrémité d'admis- sion du brûleur pour s'engager dans ur support fixe 36.
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Deux chicanes transversales 37 et 38 sont prévues dans la zone d'adhésion de la chambre de répartition 22, à distance des parois supérieure et inférieure de celle-ci. Ces chicanes en- travent l'écoulement du combustible gazeux dans la chambre de répartition; elles y provoquent un tourbillonnement et, en dimi- nuant la vitesse d'écoulement, elles transforment l'énergie cinétique du combustible gazeux en pression, ce qui assure un écoulement convenable du combustible par les orifices du brûleur voisins de l'extrémité d'admission de la chambre de répartition 22.
Une chicane 39, prévue transversalement dans la chambre de répartition 22, s'élève de la paroi de fond 28 de celle-ci pour empêcher l'écoulement libre du gaz à la surface interne de la paroi et, en entravant l'écoulement du gaz et en cré- ant un tourbillonnement, elle transforme l'énergie cinétique du . combustible gazeux eh pression dans le partie médiane de la chambre de répartition 22, ce quiassure un écoulement convena- ble du combustible gazeux par les orifices correspondants du brûleur. Si rien ne l'en empêche, le combustible gazeux traver- sant la chambre de répartition 22 frappera la paroi d'extrémité de la chambre et s'écoulera rapidement par les orifices d'extrémité du brûleur.
Pour transformer cette vitesse d'écoulement en pression, on prévoit une autre chicane 41,s'élevant de la paroi de fond 28 de la chambre 22.
La zone de dilatation de la chambre dediffusion, les chica- nes 37, 38, 39 et 41, et la paroi de fond 28 suivant une courbe exponentielle coopèrent pour assurer une répartition convenable de la pression dans la chambre de répartition 22, si bien que l'écou lement du combustible gazeux par les orifices 27 du brûleur est en substance uniforme.,*
Dans certaines conditions de fonctionnement, par exemple dans les chauffe-eau, en particulier du type à écoulement continu, les surfaces externes des tubes échangeurs dechaleur auront une température inférieure au point de rosée des gaz de combustion,
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de sorte que l'eau se condensera sur les surfaces des tubes échan- geurs et s'égouttera sur les brûleurs.
les gouttes de condensat peuvent transporter de la suie, des crasses et des produits chimi- ques, dissous ou en suspension, qui, lors de l'évaporation de l'eau, auront tendance à se solidifier et à obstruer les orifices du brûleur. Il est donc souhaitable que les orifices 27 prévus en dessous des parties froides des tubes échangeurs soient assez grands, de façon qu'ils aient moins de chance d'être obstrués.
Pendant les périodes de non-fonctionnement du brûleur, la chambre de diffusion 21 et la chambre de répartition 22 se rempliront d'air ambiant et le combustible gazeux admis pourra se mélanger à cet air en produisant un mélange explosif dans la chambre de répartition 22. Si le brûleur est ensuite allumé par les ori- fices relativement grands 27, il peut se produire un retour de flamme et une combustion dans la chambre de répartition 22.
La.section d'allumage 13 du brûleur est destinée à prévenir un tel retour de flamme. Cette section comporte une ou plusieurs cotes 45 (elles sont au nombre de deux au dessin), prévues à la paroi supérieure du corps et constituant des chambres 46 en communication avec la chambre de répartition
22 à son extrémité d'admission; ces chambres 46 se trouvent donc. entre l'admission du brûleur et ses orifices principaux 27.
Les faces supérieures des côtes 45 présentent des orifices 47, de diamètre relativement faible, qui se trouvent à l'extérieur de la zone de chute de condensat, si bien qu'il est peu probable - qu'ils s'obstruent. Une veilleuse 48 est prévue à proximité de l'une des extrémités des c8tes 45,de préférence près du dernier orifice 47. Cette veilleuse est continuellement alimentée en gaz et elle brûle constamment, donnant une flamme d'allumage pour le combustible du brûleur.
Lors de l'allumage, lorsque du combustible est amené au brûleur,le mélange initial de combustible gazeux et d'air
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contenu dans la chambre de diffusion 21 traverse les petits orifices 47 et s'enflamme au contact de la flamme de la veilleuse 48.
Du fait du faible diamètre des orifices 47, il n'y a pas ou quasi pas derisque de retour de flamme par ceux-ci, puisque leur paroi ramènerait toute flamme tendant à les traverser en dessous de la température d'inflammation. L'inflammation du combustiblese pro- duira successivement par les différents orifices 47 de la cate ou des cotes 45 et au moment oùelle se communiquera aux grands orifices voisins 27 du brûleur, le mélange explosif aura été balayé de la chambre de répartition 22, de sorte que le mélange de combustible traversant les grands orifices sera un mélange convenable pour la combustion et qu'aucunretour de flamme ne pourra se produire. Le retardement est très court mais illaisse le temps nécessaire au balayage dumélange d'air et de combustible en excès de lachambre de répartition.
Dans de nombreux cas, une seule côte 45 assurera le retard suffisant pour empêcher le retour de flamme par les grands orifices du brûleur, mais, si l'on désire un retard plus grand, onpeut prévoir deux côtes, ou davantage, .présentant de petits orifices, dans la section d'allumage. Une autre mesure de nature à assurer un allumage convenable consiste à prévoir un orifice supplémentaire 49 au bord de la côte 45, pour faire dévier angulairement le combustible sortant de cet orifice vers la flamme de la veilleuse 48.
Le retour de flamme parles grands orifices du brûleur peut se produire avec tout combustible gazeux mais il est surtout probable avec un mélange de gaz artificiel et d'air dans lequel le gaz artificiel, par exemple du propane, est dilué dans l'air de façon à donner le même pouvoir calorifique que celui du gaz naturel,! par exemple un pouvoir calorifique de 1400 b.t.u. par pied cube (12.459 kcal/m3). Ce mélange d'air et de gaz se mélange à l'air se trouvant initialement dans la chambre de diffusion 21 et dans la chambre de répartition 22 pour produire un mélange qui peut être
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explosif et qui a tendance à provoquer un retour de flamme s'il s'enflamme aux grands orifices 27.
Les petits orifices 47 permet- tent en toute sécurité l'inflammation du combustible en cet endroit et ils provoquent le court retard nécessaire pour que le mélange explosif soit balayé de la chambre de répartition.
REVENDICATIONS.
1 - Brûleur à gaz comportant un corps allongé formant une chambre de répartition à l'une de ses extrémites et, à son extrémité opposée, une chambre de diffusion divergeant vers l'avant et communiquant avec l'extrémité voisine delà chambre de répartition, la chambre de diffusion comprenant une extrémité d'amenée de combus- tible opposée à son extrémité en communication avec la chambre de répartition, un dispositif présentant des orifices de sortie pour le combustible gazeux à la partie supérieure du.corps du brûleur et s'étendant en substance sur toute la longueur de la chambre de répartition en communication avec elle,
la paroi de fond de cette chambre étant prévue de façon à présenter une diminution de section transversale de l'une à l'autre de ses extrémités et une chicane transversale étant prévue dans la partie d'admission de la chambre de répartition, entre ses parois latérales et à distance de sesparois supérieure et inférieure, dans un plan en substance perpendiculaire à l'axe du corps du brûleur, de façon à ralentir l'écoulement du combustible gazeux et à créer un tourbil- lonnement propre à augmenter la pression dans la chambre de réparti- tion .