Brûleur <B>à</B> combustible fluide, <B>à</B> flamme <B>en</B> vrille La présente invention concerne un brûleur à combustible fluide, par exemple à mazout ou à gaz, pour le chauffage de chaudières et autres appareils d'utilisation de calories.
Elle a pour but de pouvoir équiper plus particulièrement des foyers cylindriques sous contre-pression, dont la chambre de combus tion ne doit pas être raccordée à une cheminée ou à un extracteur de fumées, un simple orifice suffisant à évacuer les gaz de combustion.
Elle a également pour but, dans des appa reils d'utilisation de ce genre, d'assurer, sur la plus courte distance possible, une combustion et une production de COz aussi parfaites que possible, approchant le maximum théorique, et cela pour tous les débits variant en considéra ble proportion, par exemple de 1 à 10.
Dans ce but, le brûleur, objet de l'inven tion, est caractérisé en ce qu'il comporte une chambre d'amenée d'air de combustion, qui est agencée pour donner à cet air un mouvement tournant, et qui est pourvue d'une sortie d'air annulaire latérale, et un injecteur de combusti ble entouré d'une cloison au moins en partie cylindrique, qui isole la zone axiale où se crée une dépression.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du brûleur suivant l'invention. La fig. 1 est une vue de derrière de la pre mière forme d'exécution.
La fig. 2 en est une coupe verticale par l'axe.
La fig. 3 montre schématiquement le par cours de l'air et des gaz à l'intérieur du brû leur.
La fig. 4 est une vue de derrière de la se conde forme d'exécution.
La fig. 5 en est une coupe verticale par l'axe.
La fig. 6 est une vue de face du disque d'extrémité d'un cylindre entourant la zone axiale. La fig. 7 est une vue d'une variante de ce disque. La fig. 8 est une variante du dispositif d'alimentation en air de combustion et pour la zone axiale.
La fig. 9 est une vue de face de la variante de la fig. 8.
La fig. 10 représente le développement du cylindre isolant la zone axiale, montrant la disposition extérieure des aubes destinées à communiquer un mouvement hélicoïdal à l'air de combustion.
La forme d'exécution des fig. 1, 2 et 3 comporte une chambre 1, en forme de spirale, fermée latéralement, d'un côté, par une cloison 2, à travers laquelle passe, dans l'axe, une ame née 3 de mazout ou de gaz vers un injecteur 4. Cette chambre donne à l'air de combustion un mouvement tournant.
Autour de l'injecteur 4 est disposée une cloison cylindrique 5 terminée par une partie tronconique 6, dont l'inclinaison par rapport à l'axe est au moins de 450. La cloison 5 est avantageusement établie en deux pièces coulis santes l'une dans l'autre, la partie fixe étant fixée à la paroi 2, tandis que la partie mobile est montée à l'extrémité de tiges 7, avec poi gnées qui traversent cette paroi 2.
Un conduit cylindrique 8 est, en outre, monté également sur tiges 9 à poignées traver sant la paroi arrière 2 ; ce conduit est suscep tible de coulisser dans la paroi cylindrique 10 de sortie des gaz vers la chambre de combus tion 11. Ce montage peut laisser un espace an nulaire 12 entre la paroi 10 et le conduit 8.
Ce dernier est terminé par une partie tron conique 13 fortement convergente de l'ordre de 450 au moins sur l'horizontale et pouvant atteindre même 90o, et qui parfait le mélange brassé d'air et de gaz et décolle la flamme de l'extrémité du conduit.
Dans ces conditions, l'air sous pression pé nètre dans la chambre 1, de forme spiraloï- dale, et il y prend un mouvement de rotation violent. La force centrifuge le collant contre les parois de cette chambre 1, il se forme, au centre de cette chambre, une zone morte qui est comblée, sur une partie de sa longueur, par les pièces 5 et 6. Cette zone morte entourant l'injecteur est mise sous légère pression par un conduit 14, pour éviter toute rentrée de flamme ou de gaz par les joints, dans cette zone, qui est ainsi isolée et séparée de la zone active du mélange.
L'air sort, en tournant, de l'enceinte 1, par un passage- annulaire latéral 15, formé entre les arêtes 16 et 17 des corps (5 - 6) et 1, l'arête 16 étant en retrait par rapport à l'arête 17. Il pénètre dans le conduit 8, en même temps que le mazout ou le gaz provenant de l'injecteur 4. Une partie toutefois peut suivre le passage 12, entre la paroi 10 et le cylindre 8. Le jet de mazout pulvérisé ou de gaz sor tant de l'injecteur 4 éclate immédiatement, car autour de l'orifice de l'injecteur se trouve une zone de dépression 18, le long de la paroi tron conique 6 et à l'extrémité de celle-ci, et est ensuite rabattu vers cette paroi 6, comme mon tré en 19 (fia. 3).
Il est alors saisi par le cou rant d'air qui l'entraîne et avec lequel il est violemment brassé dans le conduit 8 et dans la chambre 11, comme montré en 20 (fia. 3).
L'extrémité conique 13 du conduit 8 amé liore encore le mélange. Ce mélange est allumé électriquement ou par tout autre procédé.
La flamme, en sortant du cône 13, éclate dès qu'elle pénètre dans la chambre de com bustion 11 et tend à se coller, en tournant tou jours, contre la paroi de la chambre de com bustion, une dépression se produisant dans l'axe. Toutefois, la flamme ne lèche pas la paroi 11, car elle est entourée d'une mince couche d'air qui la sépare de celle-ci.
La possibilité de déplacer la pièce 6 per met de varier la section de passage de l'air et de travailler à la pression voulue. Le déplace ment de la pièce 13 permet de faire éclater la flamme plus ou moins loin dans la chambre de combustion. Toutes ces pièces coopèrent les unes avec les autres pour assurer un bon ren dement.
Dans la forme d'exécution des fia. 4 et 5, l'injecteur 4 du brûleur est entouré par une cloison cylindrique 5 qui est prolongée sensi blement jusqu'à hauteur de l'extrémité 4 de l'injecteur. A cet endroit, un disque 21 est dis posé perpendiculairement à l'axe du brûleur, c'est-à-dire à la canne 22 d'alimentation.
Ce disque est maintenu par des bras 23 sur un support ou anneau 24 pouvant être coulissé sur la canne 22 à l'aide d'une tige 25.
La position axiale de la pièce mobile de la cloison 5 peut être réglée au moyen des tiges 7.
Le disque 21 est constitué par une simple tôle qui présente un certain nombre de fentes radiales 26. Les secteurs 27 ainsi formés sont légèrement tordus l'un par rapport à l'autre de manière à élargir les passages d'air constitués par les fentes 26. Suivant la variante représentée à la fig. 7, le disque 21 présente seulement un certain nombre de petits trous 28.
Le disque possède aussi une ouverture cen trale 29 qui est juste suffisante pour l'extrémité 4 de l'injecteur ainsi que, éventuellement, les électrodes d'allumage (non représentées).
La présence de ce disque 21 à proximité immédiate de l'injecteur 4 a pour effet d'évi ter de devoir faire passer par l'intérieur du cy lindre 5 une trop forte quantité d'air en vue d'empêcher la flamme de se propager à l'inté rieur de ce cylindre. En effet, il suffit d'une légère quantité d'air insufflé à l'intérieur du cylindre pour exercer une surpression sur la face intérieure du disque, tandis que la face extérieure est dans une zone de dépression. Le jet de combustible pulvérisé ou de gaz dans cette zone fait ainsi éclater la flamme et celle- ci colle au disque, ce qui la rend parfaitement stable.
Aucun encrassement de l'injecteur et des électrodes n'est à craindre, la fuite d'air sous légère pression par le trou central 29 au tour de l'injecteur éloignant la flamme dans la zone avoisinant ce trou, de l'injecteur et des électrodes.
La présence d'un cylindre complet isolant la zone centrale permet de réaliser un brûleur dans lequel l'insufflation spiraloïdale d'air de combustion ne doit plus être réalisée par une amenée tangentielle de l'air dans une volute.
Dans la variante représentée aux fig. 8 à 10, le cylindre 5 d'isolement de la zone cen trale est combiné avec une hélice à plusieurs entrées 30, dont les aubes se trouvent à l'exté rieur du cylindre 5 en vue de permettre l'ali mentation d'air de combustion suivant un mou vement hélicoïdal.
Les aubes de cette hélice 30 sont, par exemple, fixées à la surface intérieure d'un cylindre 31, ou bien peuvent encore être fixées directement à la surface extérieure de la partie mobile du cylindre 5.
Dans ce cas, l'air peut pénétrer directement par la face arrière 2 du brûleur. La partie la plus importante passe dans les aubes de l'hé lice 30 pour servir à la combustion, et une autre partie de cet air exerce directement sa pression sur la face intérieure du disque 21, de manière à créer une légère surpression sur cette face à l'intérieur du cylindre 5.
L'injecteur 4 est placé à l'intérieur du cy lindre entouré par les aubes de l'hélice et est entouré par le disque 21 qui joue le même rôle que dans l'exemple précédent.
On obtient ainsi une flamme animée d'un puissant mouvement tournant et qui, par suite de la force centrifuge, est creuse au milieu et est projetée vers la paroi cylindrique de la chambre de combustion, le long de laquelle elle avance à grande vitesse suivant un chemin en vrille ou en tire-bouchon. La flamme est cependant séparée de la paroi par un film d'air. Cette disposition supprime tout danger de dépôt de carbone.
Du fait que la flamme avance suivant une vrille, elle parcourt un chemin beaucoup. plus long qu'une flamme ordinaire avançant paral lèlement à l'axe du foyer. On arrive, par con séquent, à charger la chambre de combustion beaucoup plus qu'avec une flamme ordinaire. Des charges, de l'ordre de 10 000 000 de calo ries par m3 de chambre de combustion peuvent être atteintes.
La flamme léchant la surface de chauffe et avançant à une très grande vitesse, le coeffi cient de transmission est augmenté dans une très forte proportion et le rendement de com bustion atteint des chiffres très élevés.
Par exemple, une chaudière de 40 m2, équipée avec un brûleur normal, a produit 1270 kg de vapeur par heure, avec une température des gaz d'échappement de 360o et avec 13,5% de C02. La même chaudière, équipée en essai avec un brûleur du genre ci-dessus décrit, a produit plus de 2000 kg de vapeur à l'heure, avec une température des gaz d'échappement de 260o et avec 14,
5'% de C02.
The present invention relates to a fluid fuel burner, for example oil or gas, for the heating of boilers and other calorie utilization apparatus.
Its aim is to be able to equip more particularly cylindrical hearths under back pressure, the combustion chamber of which must not be connected to a chimney or to a fume extractor, a simple orifice sufficient to evacuate the combustion gases.
It also aims, in devices of use of this kind, to ensure, over the shortest possible distance, combustion and production of COz as perfect as possible, approaching the theoretical maximum, and that for all flow rates varying in considerable proportion, for example from 1 to 10.
For this purpose, the burner, object of the invention, is characterized in that it comprises a combustion air supply chamber, which is arranged to give this air a rotating movement, and which is provided with 'a lateral annular air outlet, and a fuel injector surrounded by a partition at least partly cylindrical, which isolates the axial zone where a vacuum is created.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the burner according to the invention. Fig. 1 is a rear view of the first embodiment.
Fig. 2 is a vertical section through the axis.
Fig. 3 shows schematically the course of the air and gases inside the burner.
Fig. 4 is a rear view of the second embodiment.
Fig. 5 is a vertical section through the axis.
Fig. 6 is a front view of the end disc of a cylinder surrounding the axial zone. Fig. 7 is a view of a variant of this disc. Fig. 8 is a variant of the device for supplying combustion air and for the axial zone.
Fig. 9 is a front view of the variant of FIG. 8.
Fig. 10 represents the development of the cylinder isolating the axial zone, showing the external arrangement of the vanes intended to impart a helical movement to the combustion air.
The embodiment of FIGS. 1, 2 and 3 comprises a chamber 1, in the form of a spiral, closed laterally, on one side, by a partition 2, through which passes, in the axis, a core 3 born from fuel oil or gas to an injector 4. This chamber gives the combustion air a rotating motion.
Around the injector 4 is arranged a cylindrical partition 5 terminated by a frustoconical part 6, the inclination of which with respect to the axis is at least 450. The partition 5 is advantageously established in two sliding parts one in. the other, the fixed part being fixed to the wall 2, while the movable part is mounted at the end of rods 7, with handles which pass through this wall 2.
A cylindrical duct 8 is, moreover, also mounted on rods 9 with handles traversing the rear wall 2; this duct is capable of sliding in the cylindrical wall 10 for the outlet of the gases towards the combustion chamber 11. This assembly can leave an annular space 12 between the wall 10 and the duct 8.
The latter is terminated by a conical portion 13 strongly convergent of the order of 450 at least on the horizontal and can even reach 90 °, and which perfects the stirred mixture of air and gas and takes off the flame from the end of the conduit.
Under these conditions, the pressurized air enters chamber 1, which is spiral-shaped, and there takes on a violent rotational movement. The centrifugal force sticking it against the walls of this chamber 1, it forms, in the center of this chamber, a dead zone which is filled, over part of its length, by parts 5 and 6. This dead zone surrounding the injector is placed under slight pressure via a pipe 14, to prevent any re-entry of flame or gas through the seals, into this zone, which is thus isolated and separated from the active zone of the mixture.
The air leaves, by rotating, the enclosure 1, through a lateral annular passage 15, formed between the edges 16 and 17 of the bodies (5 - 6) and 1, the edge 16 being set back relative to the 'ridge 17. It enters the pipe 8, at the same time as the fuel oil or the gas coming from the injector 4. However, a part can follow the passage 12, between the wall 10 and the cylinder 8. The jet of atomized fuel oil or gas exiting the injector 4 immediately bursts, because around the orifice of the injector there is a depression zone 18, along the conical wall 6 and at the end thereof, and is then folded back towards this wall 6, like my tré in 19 (fia. 3).
It is then seized by the current of air which carries it along and with which it is violently stirred in the duct 8 and in the chamber 11, as shown at 20 (fig. 3).
The conical end 13 of the conduit 8 further improves the mixing. This mixture is ignited electrically or by any other process.
The flame, coming out of the cone 13, bursts as soon as it enters the combustion chamber 11 and tends to stick, while rotating, against the wall of the combustion chamber, a depression occurring in the combustion chamber. axis. However, the flame does not lick the wall 11, because it is surrounded by a thin layer of air which separates it therefrom.
The possibility of moving the part 6 makes it possible to vary the air passage section and to work at the desired pressure. The movement of the part 13 allows the flame to explode more or less far in the combustion chamber. All these parts cooperate with each other to ensure a good yield.
In the embodiment of fia. 4 and 5, the injector 4 of the burner is surrounded by a cylindrical partition 5 which is extended substantially up to the height of the end 4 of the injector. At this location, a disc 21 is placed perpendicular to the axis of the burner, that is to say to the supply rod 22.
This disc is held by arms 23 on a support or ring 24 which can be slid on the rod 22 using a rod 25.
The axial position of the movable part of the partition 5 can be adjusted by means of the rods 7.
The disc 21 is formed by a simple sheet which has a certain number of radial slots 26. The sectors 27 thus formed are slightly twisted with respect to one another so as to widen the air passages formed by the slots 26. According to the variant shown in FIG. 7, the disc 21 has only a certain number of small holes 28.
The disc also has a central opening 29 which is just sufficient for the end 4 of the injector as well as, possibly, the ignition electrodes (not shown).
The presence of this disc 21 in the immediate vicinity of the injector 4 has the effect of avoiding having to pass through the interior of the cylinder 5 too much air in order to prevent the flame from spreading. inside this cylinder. Indeed, a slight amount of air blown inside the cylinder is sufficient to exert an overpressure on the inner face of the disc, while the outer face is in a vacuum zone. The jet of atomized fuel or gas in this area thus bursts the flame and the flame sticks to the disc, making it perfectly stable.
No clogging of the injector and the electrodes is to be feared, the leakage of air under slight pressure through the central hole 29 around the injector removing the flame in the area neighboring this hole, from the injector and the electrodes.
The presence of a complete cylinder isolating the central zone makes it possible to produce a burner in which the spiraloidal blowing of combustion air no longer has to be carried out by a tangential supply of air in a volute.
In the variant shown in FIGS. 8 to 10, the cylinder 5 for isolating the central zone is combined with a propeller with several inlets 30, the vanes of which are located outside the cylinder 5 in order to allow the supply of air to combustion in a helical motion.
The blades of this propeller 30 are, for example, fixed to the inner surface of a cylinder 31, or else can be fixed directly to the outer surface of the movable part of the cylinder 5.
In this case, the air can enter directly through the rear face 2 of the burner. The most important part passes through the blades of the propeller 30 to be used for combustion, and another part of this air exerts its pressure directly on the inner face of the disc 21, so as to create a slight overpressure on this face. inside cylinder 5.
The injector 4 is placed inside the cylinder surrounded by the blades of the propeller and is surrounded by the disc 21 which plays the same role as in the previous example.
We thus obtain a flame animated by a powerful rotating movement and which, as a result of the centrifugal force, is hollow in the middle and is projected towards the cylindrical wall of the combustion chamber, along which it advances at high speed following a winding or corkscrew path. The flame is however separated from the wall by a film of air. This arrangement eliminates any danger of carbon deposition.
Because the flame moves forward following a spin, it travels a lot. longer than an ordinary flame advancing parallel to the axis of the hearth. As a result, we manage to charge the combustion chamber much more than with an ordinary flame. Loads of the order of 10,000,000 heaters per m3 of combustion chamber can be reached.
The flame licking the heating surface and advancing at a very high speed, the transmission coefficient is increased in a very high proportion and the combustion efficiency reaches very high figures.
For example, a 40 m2 boiler, fitted with a normal burner, produced 1270 kg of steam per hour, with an exhaust gas temperature of 360o and with 13.5% C02. The same boiler, tested with a burner of the type described above, produced more than 2000 kg of steam per hour, with an exhaust gas temperature of 260o and with 14,
5% CO2.