Brûleur à gaz. La présente invention a pour objet un brûleur à gaz à mélange préalable de gaz com bustible et de comburant, dit brûleur à flamme bleue.
Elle a pour but de procurer un brûleur permettant d'obtenir une flamme stabilisée pour des vitesses d'écoulement du mélange combustible supérieures à la vitesse de souf flage.
Pour tolite tête de brûleur à flamme bleue, alimentée avec un mélange combustible de composition et de température définies et fonctionnant dans des conditions d'emploi qui déterminent la température de cette tête de brûleur et l'accès de l'air secondaire aux flam mes, il existe une vitesse limite d'écoulement (lu mélange combustible dans les orifices de la tête de brûleur appelée vitesse de soufflage. Lorsque la vitesse d'écoulement est supérieure à la vitesse de soufflage, la flamme quitte la tête de brûleur.
Pour accroître le débit du brûleur, il faut augmenter les dimensions de la tête. Lorsque la vitesse de soufflage est faible et c'est le cas pour les mélanges combustibles à base de car bures d'hydrogène saturés tels que méthane, propane et butane, l'encombrement de la tête de brûleur est parfois trop important et la concentration de chaleur trop faible pour cer tains emplois.
On a donc cherché à reculer cette limite (le fonctionnement du brûleur à flamme bleue et l'on connaît plusieurs brûleurs, principale- ment des brûleurs utilisant les gaz de pétrole, qui permettent de stabiliser la flamme au-delà de la vitesse de soufflage correspondant à un brûleur ordinaire. Cette stabilisation peut être obtenue en plaçant une flamme à faible vitesse d'écoulement à côté de la flamme principale, en dirigeant. la flamme vers une surface chaude ou en planant autour des orifices de la tête du brûleur une paroi de forme appro priée créant un mouvement tourbillonnaire de l'ensemble des gaz chauds.
Tous ces brûleurs présentent des inconvé nients: coût élevé, température élevée de la tête de brîileur ou contre-pression importante à la sortie de la tête de brûleur.
Le bi-îileur faisant l'objet de la présente invention tend à obvier à ces inconvénients, tous les orifices de sa tête de brûleur pouvant être identiques et alimentés à la même pres sion. Ce brûleur est caractérisé en ce qu'il comprend une tête présentant des canaux de décharge pour le mélange à brûler, tels que l'axe de chaque canal est incliné par rapport.
à l'axe d'au moins un canal adjacent., l'espace ment. des orifices de deux canaux adjacents dont les axes sont. inclinés l'un par rapport à l'autre et l'inclinaison de ces axes l'un par rapport à l'autre étant choisis afin que des tourbillons se forment entre deux jets de mé lange combustible sortant de ces orifices, tour billons capables de stabiliser les flammes produites par la combustion du mélange. En conséquence, la stabilisation de la, flamme est assurée par les tourbillons de gaz à haute température prenant naissance à la périphérie des veines de gaz combustible en flammées immédiatement à la sortie de la tête de brûleur.
D'autre part, le volume de gaz intéressé par ce mouvement tourbillonnaire est suffisamment faible pour que l'échauffement de la tête de brûleur et la, résistance à l'éeou- lement du mélange combustible à travers les orifices de la tête de brûleur soient négligea bles.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du brûleur objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective, partie en coupe, d'une première forme d'exécution. La fig. 2 en est une vue partielle en coupe transversale.
La fig. 3 est une vue en perspective d'un détail d'une deuxième forme d'exécution.
La fig. 4 est une vue en perspective, partie en coupe, de cette deuxième forme d'exécution. La fig. 5 est une vue partielle analogue d'une variante de la deuxième forme d'exécu tion.
La fig. 6 est une vue en perspective d'une variante de la première forme d'exécution. La fig. 7 est une vue en perspective, partie en coupe, d'une troisième forme d'exécution. La fig. 8 est une vue analogue de la troi sième forme d'exécution en cours de fabrica tion.
La fig. 9 est une vue analogue d'une va riante de la troisième forme d'exécution.
La fig. 10 est une vue partielle en perspec tive d'une quatrième forme d'exécution.
La fig. 11 est une vue en perspective d'une cinquième forme d'exécution.
La fig. 12 est. une vue en perspective, par tie en coupe, d'une sixième forme d'exéeution. Les fig. 13, 14 et 15 sont des vues analo gues de trois autres foimes d'exécution.
La fig. 16 est une vue analogue d'une se conde variante de la première forme d'exécu tion. Les fig. 17 et 18 sont des vues analogues d'une dixième et d'aune onzième forme d'exé- eution.
La fil. 19 est une vire analogue d'une deuxième variante de la troisième forme d'exé cution, et la fig. 20 est une vue analogue d'une douzième forme d'exécution.
Le brûleur représenté aux fig. 1 et 2 com prend une tête de brûleur 2 comprenant une barre 5 dont chacune de deux faces opposées présente des nervures parallèles entre elles et inclinées par rapport aux normes de l'autre face. Cette barre est disposée entre deux pa rois planes 6 et 7, de manière à. délimiter entre elle et ces parois des canaux de décharge 1 et 1' de section rectangulaire. Ces canaux sont disposés sur deux rangées parallèles; les axes des canaux de chaque rangée (par exemple 1) sont dans un plan parallèle au plan qui con tient les axes des canaux de l'autre rangée (par exemple 1'). Les deux rangées de canaux 1 et 1' sont adjacentes sur toutes leurs éten dues respectives.
Les axes des canaux d'une même rangée sont parallèles, tandis due les axes des canaux des deux rangées sont incli nés les uns par rapport aux autres. Du mé lange de gaz combustible et de comburant est amené dans un collecteur 3 et s'écoule à grande vitesse par les canaux 1 et, l'.
La vi tesse moy-eniie de sortie du mélange est. la même pour l'orifice. de sortie de chaque canal, mais on constate (fig. ) qu'il se forme, im médiatement à. la sortie et entre les orifices de deux canaux voisins 7, l' appartenant eha:
cun à une rangée différente, des tourbillons 4 qui, en ramenant des gaz bi-flés encore à haute température vers la base des flammes, assurent la stabilité des flammes pour des vi tesses d'écoulement du mélange combustible nettement plus élevées que celle qui corres pond à. la limite (le soufflage observée pour un brûleur ne comportant qu'une rangée de canaux ou plusieurs ran;ées de canaux ayant tous des axes parallèles.
Dans le brûleur re présenté aux fig. 1 et. 2, les canaux sont de sec tion rectangulaire, mais de nombreuses autres formes de canaux permettent d'obtenir le même résultat, l'essentiel étant de choisir con- v enablement l'inclinaison et l'écartement des canaux. Ce brûleur peut être réalisé en em ployant les matières et les moyens d'usinage couramment utilisés pour la construction de brûleurs. Les nervures de la barre peuvent être notamment obtenues par moulage, frai sage, matriçage, etc.
La tête de brûleur représentée aux fig. 3 et 4 est de construction particulièrement éco nomique. Elle comprend une barre rectangulaire droite 5 (fig. 3) autour de laquelle est enroulé en hélice un fil métallique 6 de section circu laire ou prismatique. Cette barre est disposée entre deux parois planes 7 et 8 (fig. 4), de manière à délimiter entre elle et ces parois deux rangées parallèles de canaux disposés de façon analogue à ceux de la première forme d'exécution. Cette tête de brûleur peut pré senter une forme quelconque, par exemple comme montré à la fig. 5.
La tête de brûleur représentée à la fig. 6 est une variante de la première forme d'exé cution et comprend trois barres 9; chaque barre présente sur chacune de deux faces opposées des nervures parallèles entre elles et inclinées par rapport à celles de l'autre des- dites faces. Chacune de ces barres 9 est dis posée entre deux parois planes, de manière à délimiter, entre elle et ces parois, des rangées parallèles de canaux. Les parois intermédiai res sont constituées par des barres lisses 10, et les axes des canaux des diverses rangées sont orientés dans des directions alternées de rangée à rangée.
La fig. 7 montre une troisième forme d'exécution constituant une tête de brûleur de forme circulaire. Pour réaliser cette tête (le brûleur, on prépare une bande rectangm- laire 5 de faible épaisseur autour de laquelle on enroule un fil en hélice. Contre cette bande, on place une autre bande plane 11, non garnie de fil. L'ensemble des deux bandes est introduit dans une enveloppe cylindrique 12; la pose est simplifiée en opérant de la façon indiquée à la fig. 8. Une échancrure 13 étant pratiquée dans la paroi de l'enveloppe 12, on enroule les deux bandes en spirale autour d'un mandrin 14 placé au centre de l'enveloppe, jusqu'à ce que la section de l'enveloppe soit complètement garnie. On peut alors arrêter las bandes et obturer l'échancrure.
La fig. 9 montre une tête de brûleur réalisée dans les mêmes conditions, le mandrin 14 ayant ce pendant été remplacé par un tube 15, qui per met ainsi de réaliser une tête de brûleur en couronne ayant une entrée d'air secondaire centrale en 16.
La fig. 10 représente une quatrième forme d'exécution qui comporte une paroi plane et des barres de métal laminé 7.7 présentant cha cune, sur une de ses faces, des nervures 18 parallèles entre elles et inclinées par rapport aux nervures de la barre adjacente. Une face de chacune de ces barres, opposée à la face présentant les nervures, esse plane et les barres et la paroi sont disposées de manière à déli miter entre elles des rangées parallèles de ca naux.
Les fig. 11 et 12 représentent des têtes de brûleur de forme circulaire dont les axes des canaux .sont. situés soit dans des plans parallè les (fig. 11), soit sur des surfaces coni ques coaxiales (fi-. 12). De telles têtes peu vent être construites en enroulant un fil 6 autour de couronnes planes ou coniques 5, comme indiqué aux fig. 13 et 14.
La fig. 15 donne une idée de la facilité avec laquelle on peut construire des brûleurs industriels de formes et de dimensions variées. La tête de brîileur représentée à la fig. 15 est constituée par deux barres 5 et 5' préparées comme celle représentée à la fig. 3 et. serrées entre un corps 19 en tôle ou en acier laminé et une cornière 20.
Dans toutes les formes d'exécution et tou tes les variantes décrites jusqu'ici, tous les ca naux sont disposés de manière que des tour- billons .stabilisateurs soient produits à la base de chaque flamme. Il est bien entendu possi ble de limiter l'autostabilisation à une partie seulement de l'ensemble des canaux, les flam mes autostabilisées stabilisant d'autres flam mes allumées à la sortie de canaux quelcon ques.
La fig. 16 représente une tête de brû leur comportant deux. doubles rangées de ca- naux 21 et 21', inclinés les uns par rapport aux autres et prévus pour des flammes auto- stabilisées, placés de part et d'antre de la sortie d'un canal de décharge ordinaire cons titué par une simple fente 22 pour une grande flamme médiane. La disposition est telle que la grande flamme médiane est sta bilisée par les flammes produites par la com bustion du mélange sortant par les antres ca naux 21 et 21' de la tête.
La fig. 17 repré sente une tête de brûleur cylindrique dans laquelle une flamme centrale allumée à la sortie d'un canal 23 de gros diamètre est sta bilisée par une double rangée périphérique de flammes autostabilisées.
La fig. 13 représente une tête de brûleur cylindrique 12 coupée suivant un diamètre par une cloison présentant deux rangées de canaux pour des flammes autostabilisées qui stabilisent deux flammes allumées de part et d'autre de cette cloison.
La fig. 19 représente une tête de brûleur comprenant un ensemble cylindrique 24, ana logue à celui de la troisième forme d'exécu tion et agencé pour produire un noyau de flammes autostabilisées, jaillissant du centre du brûleur 12.
La fig. 20 représente une tête de brûleur 12 à plusieurs rangées de flammes disposées en couronnes; une double rangée de flammes autostabilisées jaillissant de canaux 26 stabi lise les flammes allumées à la sortie de canaux ordinaires 25 disposés sur plusieurs rangées.
Gas burner. The subject of the present invention is a gas burner with prior mixing of combustible gas and oxidizer, called a blue flame burner.
Its aim is to provide a burner making it possible to obtain a stabilized flame for flow speeds of the fuel mixture greater than the blowing speed.
For tolite burner head with blue flame, supplied with a combustible mixture of defined composition and temperature and operating under conditions of use which determine the temperature of this burner head and the access of secondary air to the flames, there is a limiting flow rate (the fuel mixture in the orifices of the burner head called the blowing speed. When the flow speed is greater than the blowing speed, the flame leaves the burner head.
To increase the flow rate of the burner, the dimensions of the head must be increased. When the blowing speed is low and this is the case for fuel mixtures based on saturated hydrogen carbides such as methane, propane and butane, the size of the burner head is sometimes too great and the concentration of heat too low for some uses.
We therefore sought to extend this limit (the operation of the blue flame burner and we know several burners, mainly burners using petroleum gas, which make it possible to stabilize the flame beyond the corresponding blowing speed. This stabilization can be achieved by placing a low-flow flame next to the main flame, directing the flame to a hot surface, or by hovering a wall of the burner head around the openings of the burner head. appropriate shape creating a vortex movement of all the hot gases.
All these burners have drawbacks: high cost, high temperature of the burner head or high back pressure at the outlet of the burner head.
The twin-ileur forming the subject of the present invention tends to obviate these drawbacks, all the orifices of its burner head being able to be identical and supplied at the same pressure. This burner is characterized in that it comprises a head having discharge channels for the mixture to be burnt, such that the axis of each channel is inclined relative.
to the axis of at least one adjacent channel., the space lies. orifices of two adjacent channels whose axes are. inclined with respect to each other and the inclination of these axes relative to each other being chosen so that vortices form between two jets of fuel mixture exiting from these orifices, round logs capable of stabilize the flames produced by the combustion of the mixture. Consequently, the stabilization of the flame is ensured by the high temperature gas vortices originating at the periphery of the streams of flamed fuel gas immediately at the outlet of the burner head.
On the other hand, the volume of gas involved in this vortex movement is sufficiently low so that the heating of the burner head and the resistance to the flow of the combustible mixture through the orifices of the burner head are negligible.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the burner which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a perspective view, partly in section, of a first embodiment. Fig. 2 is a partial cross-sectional view thereof.
Fig. 3 is a perspective view of a detail of a second embodiment.
Fig. 4 is a perspective view, partly in section, of this second embodiment. Fig. 5 is a similar partial view of a variant of the second embodiment.
Fig. 6 is a perspective view of a variant of the first embodiment. Fig. 7 is a perspective view, partly in section, of a third embodiment. Fig. 8 is a similar view of the third embodiment during manufacture.
Fig. 9 is a similar view of a variant of the third embodiment.
Fig. 10 is a partial perspective view of a fourth embodiment.
Fig. 11 is a perspective view of a fifth embodiment.
Fig. 12 est. a perspective view, partly in section, of a sixth form of execution. Figs. 13, 14 and 15 are analogous views of three other execution forms.
Fig. 16 is a similar view of a second variant of the first embodiment. Figs. 17 and 18 are analogous views of a tenth and an eleventh form of execution.
The thread. 19 is a similar ledge of a second variant of the third embodiment, and FIG. 20 is a similar view of a twelfth embodiment.
The burner shown in fig. 1 and 2 com takes a burner head 2 comprising a bar 5, each of two opposite faces of which has ribs parallel to each other and inclined with respect to the standards of the other face. This bar is arranged between two flat walls 6 and 7, so as to. delimit between it and these walls discharge channels 1 and 1 'of rectangular section. These channels are arranged in two parallel rows; the axes of the channels of each row (for example 1) are in a plane parallel to the plane which contains the axes of the channels of the other row (for example 1 '). The two rows of channels 1 and 1 'are adjacent over all their respective extents.
The axes of the channels of the same row are parallel, while the axes of the channels of the two rows are inclined relative to each other. A mixture of fuel gas and oxidizer is brought into a manifold 3 and flows at high speed through channels 1 and, the.
The average output speed of the mixture is. the same for the orifice. output of each channel, but we see (fig.) that it is formed, immediately. the outlet and between the orifices of two neighboring channels 7, the belonging eha:
cun to a different row, vortices 4 which, by returning bi-flared gases still at high temperature towards the base of the flames, ensure the stability of the flames for flow speeds of the combustible mixture clearly higher than that which corresponds lays at. the limit (the blowing observed for a burner comprising only one row of channels or several rows of channels all having parallel axes.
In the burner shown in fig. 1 and. 2, the channels are rectangular in cross section, but many other forms of channel allow the same result to be obtained, the main thing being to properly choose the inclination and spacing of the channels. This burner can be produced by employing the materials and machining means commonly used for the construction of burners. The ribs of the bar can be obtained in particular by molding, milling, stamping, etc.
The burner head shown in fig. 3 and 4 is of particularly economical construction. It comprises a straight rectangular bar 5 (FIG. 3) around which is wound in a helix a metal wire 6 of circular or prismatic section. This bar is arranged between two flat walls 7 and 8 (FIG. 4), so as to define between it and these walls two parallel rows of channels arranged similarly to those of the first embodiment. This burner head may have any shape, for example as shown in FIG. 5.
The burner head shown in fig. 6 is a variant of the first embodiment and comprises three bars 9; each bar has, on each of two opposite faces, ribs parallel to each other and inclined with respect to those of the other of said faces. Each of these bars 9 is placed between two flat walls, so as to define, between it and these walls, parallel rows of channels. The intermediate walls are formed by smooth bars 10, and the axes of the channels of the various rows are oriented in alternating directions from row to row.
Fig. 7 shows a third embodiment constituting a burner head of circular shape. To make this head (the burner, a thin rectangular strip 5 is prepared around which a wire is wound in a helix. Against this strip, another flat strip 11 is placed, not lined with wire. two bands is introduced into a cylindrical casing 12; the installation is simplified by operating as shown in Fig. 8. A notch 13 being made in the wall of the casing 12, the two bands are wound in a spiral around it. a mandrel 14 placed in the center of the envelope, until the section of the envelope is completely filled in. The bands can then be stopped and the notch closed.
Fig. 9 shows a burner head produced under the same conditions, the mandrel 14 having, however, been replaced by a tube 15, which thus makes it possible to produce a crown burner head having a central secondary air inlet at 16.
Fig. 10 shows a fourth embodiment which comprises a flat wall and rolled metal bars 7.7 each having, on one of its faces, ribs 18 parallel to one another and inclined relative to the ribs of the adjacent bar. One face of each of these bars, opposite to the face having the ribs, is flat and the bars and the wall are arranged so as to delimit between them parallel rows of channels.
Figs. 11 and 12 represent circular burner heads whose axes of the channels are. located either in parallel planes (fig. 11) or on conical coaxial surfaces (fig. 12). Such heads can be constructed by winding a wire 6 around flat or conical rings 5, as shown in fig. 13 and 14.
Fig. 15 gives an idea of the ease with which one can construct industrial burners of various shapes and sizes. The burner head shown in fig. 15 consists of two bars 5 and 5 'prepared like that shown in FIG. 3 and. clamped between a body 19 of sheet metal or rolled steel and an angle 20.
In all of the embodiments and variations described so far, all of the channels are so arranged that stabilizing vortices are produced at the base of each flame. It is of course possible to limit the self-stabilization to only a part of all the channels, the self-stabilized flames stabilizing other lit flames at the exit of any channels.
Fig. 16 shows a burner's head comprising two. double rows of channels 21 and 21 ', inclined with respect to each other and intended for self-stabilizing flames, placed on either side of the outlet of an ordinary discharge channel consisting of a single slit 22 for a large middle flame. The arrangement is such that the large median flame is stabilized by the flames produced by the combustion of the mixture exiting through the other channels 21 and 21 'of the head.
Fig. 17 represents a cylindrical burner head in which a central flame ignited at the outlet of a channel 23 of large diameter is stabilized by a double peripheral row of self-stabilized flames.
Fig. 13 shows a cylindrical burner head 12 cut along a diameter by a partition having two rows of channels for self-stabilized flames which stabilize two lit flames on either side of this partition.
Fig. 19 shows a burner head comprising a cylindrical assembly 24, analogous to that of the third embodiment and arranged to produce a core of self-stabilized flames, springing from the center of the burner 12.
Fig. 20 shows a burner head 12 with several rows of flames arranged in rings; a double row of self-stabilized flames springing from channels 26 stabilizes the ignited flames at the outlet of ordinary channels 25 arranged in several rows.