Brûleur à combustible liquide ou gazeux On sait que, dans un brûleur, le combustible, après avoir été pulvérisé s'il est liquide, est mélangé tout d'abord avec un certain volume d'air, dit air primaire, un nouveau volume d'air, dit air secondaire, étant ensuite ajouté à ce mélange. Jusqu'à présent, un brûleur est généralement conçu pour fonctionner dans un domaine de puissances relativement étroit, par exemple entre sa puissance nominale et la moitié de celle-ci. La variation de puissance s'obtient en modifiant le débit du combustible admis au brûleur et, de manière corrélative, le débit total d'air de com bustion.
Si l'on essaie de faire fonctionner le brûleur à faible régime en diminuant encore les débits de combustible et d'air, la combustion se fait de manière incorrecte. Le volume d'air primaire est insuffisant étant donné les dimensions de la chambre de combus tion et le mélange ne se réalise pas de façon intime ; la flamme obtenue est courte et le rendement de combustion est très faible. L'air secondaire ajouté par la suite ne participe pas, en fait, à la combustion.
La présente invention a pour objet un brûleur à combustible liquide ou gazeux qui peut fonctionner, de manière régressive, depuis sa puissance nominale jusqu'à une puissance relativement faible, par exemple égale au sixième de la puissance nominale.
Selon l'invention, le brûleur comporte des moyens pour faire varier le rapport du débit d'air primaire au débit d'air secondaire, ces moyens étant liés à ceux utilisés pour faire varier le débit de combustible et le débit total d'air de combustion de façon que ce rapport augmente quand ces débits diminuent et inversement.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le brûleur comporte une calotte qui est munie d'ouvertures pour le passage du combustible et de l'air primaire et qui forme chambre de mélange et de combustion, cette calotte étant prolongée par des ailettes sensiblement radiales dont la paroi exté rieure a une section en forme de V renversé et qui déterminent entre elles des ouvertures pour le pas sage de l'air secondaire, lesdits moyens pour faire varier le rapport des débits d'air primaire et d'air secondaire étant constitués par un organe obturateur mobile qui est placé en amont des ailettes et dont les ouvertures peuvent être placées en regard des espa ces entre ailettes, dans la direction d'écoulement de l'air secondaire.
On a décrit ci-après, à titre d'exemple non limi tatif, un mode de réalisation d'un brûleur selon l'invention utilisé pour le chauffage d'une chaudière, avec référence aux dessins annexés dans lesquels la fig. 1 est un schéma du brûleur et de son sys tème d'alimentation en air et en combustible ; la fig. 2 est une vue en coupe axiale de la calotte ou coupelle et du répartiteur.
la fig. 3 en est une vue en coupe suivant III-III de la fig. 2 ; la fig. 4 est une vue en coupe du séparateur. Il comporte un carter sensiblement cylindrique 1 dans lequel débouche un conduit d'arrivée d'air 2 ; celui-ci est muni d'un volet de réglage 3 qui est fixé sur un axe 4 monté pivotant dans le conduit.
Le carter 1 comprend une portion 5 formant volute pour un ventilateur dont le rotor 6 est monté à rotation autour de l'axe du carter et peut être entraîné par un moteur non représenté. En face du rotor 6 sont disposées des aubes redresseuses 7 fixées au carter.
L'extrémité aval du carter 1 est évasée et con tient une calotte ou coupelle 8 munie en son centre d'une ouverture 9 (fig. 2). Elle est précédée d'un déflecteur 10 constitué par un disque qui comporte une ouverture centrale et sous lequel se trouvent des ailettes 11 faisant un angle relativement faible avec des plans radiaux. L'injecteur de combustible 12 est placé au centre du déflecteur. Le combustible par vient ainsi dans la coupelle par l'ouverture 9 de celle- ci en même temps que l'air primaire qui a préalable ment passé entre les ailettes 11 du déflecteur.
La coupelle 8 est raccordée extérieurement au carter par des ailettes 13 qui ont une section approximativement triangulaire (fig. 3), leur base étant tournée vers l'aval du brûleur, et qui détermi nent entre elles des passages 14 pour l'air secondaire. Le carter 1 est prolongé, au-delà de la coupelle par un tube foyer 15 qui comporte, à son entrée, un col 16 de même diamètre que le diamètre de sortie des ailettes. La référence 17 indique un détecteur de flamme.
Le brûleur comporte, autour de la coupelle 8 et en amont des ailettes, un registre pour régler le rap port du débit de l'air primaire passant par l'ouverture 9 de la calotte au débit de l'air secondaire passant entre les ailettes 13. Ce registre comprend un disque 18 qui est fixé par des boulons 19 sur des pattes internes 20 du carter (fig. 2) et qui est muni d'ouver tures radiales 21 de même nombre que les ailettes 13. Sur ce disque est appliqué un deuxième disque 22 qui est également muni d'ouvertures radiales 23 de mêmes dimensions que les ouvertures 21 et ayant la même disposition angulaire qu'elles.
Les deux disques sont maintenus appliqués l'un contre l'autre avec un certain jeu par des étriers 24 fixés au carter 1 par les vis 19, ainsi que par des vis 25 à large tête fixées au disque 22 et passant dans des ouvertures allongées 26 du disque 18. Les deux disques peuvent ainsi pivoter autour de leur axe commun et la longueur des ouvertures 26 est telle que l'angle de pivotement est au moins égal à la moitié de l'écart angulaire entre deux ouvertures 21 ou 23 successives.
Lorsque les ouvertures 21 et 23 sont en regard les unes des autres, le débit de l'air secondaire est maximum. Ces ouvertures sont calculées pour que le rapport du débit d'air primaire au débit d'air secon daire soit alors celui convenant pour la puissance nominale. Par contre, si l'on fait pivoter le disque 22 de façon que ses ouvertures 23 viennent en regard de parties pleines du disque 18, le débit de l'air secon daire est nul.
Un ressort 28 fixé d'une part à un téton 29 soli daire du disque 18, et d'autre part à un téton 30 solidaire du disque 22, et traversant une ouverture allongée 31 du disque 18, tend à faire pivoter les deux disques vers leur position relative pour laquelle le débit de l'air secondaire est nul.
Les disques 18 et 22 sont disposés par rapport aux ailettes 13 de façon que l'air traversant le répar titeur prenne, compte tenu du mouvement qui lui est imprimé par le ventilateur 6, une direction 32 qui l'amène entre deux ailettes successives, comme on le voit à la fig. 3.
Des moyens sont prévus pour faire pivoter le dis que en fonction du débit du combustible sortant de l'injecteur 12.
Dans l'exemple représenté, l'injecteur est relié à un réservoir de fuel par une tubulure 33 sur laquelle sont interposés une pompe 34 et un réchauffeur 35 ; d'autre part, la tubulure 33 passe, pour les réchauffer, dans la paroi d'un séparateur 36 et dans celle d'une vanne thermostatique 37 qui seront décrits plus loin.
La tubulure 33 débouche, dans l'injecteur, dans une chambre dans laquelle un piston (non représenté) est mobile contre l'action d'un ressort et dans laquelle débouche également une deuxième tubulure 38. Celle-ci est reliée au réservoir de fuel par une électro- vanne 39. Lorsque la pression augmente dans la chambre de l'injecteur, le piston se déplace contre l'action de son ressort, ce qui met la tubulure 33 en communication avec la buse de l'injecteur et avec une tubulure de retour 40. Sur cette tubulure sont interposées en parallèle une électrovanne 41 et la vanne progressive 37.
Celle-ci est commandée par une membrane thermostatique 42 reliée à un bulbe 43, par une membrane manostatique, ou par un servomoteur associé à un thermostat ou à un mano stat, de façon à s'ouvrir au fur et à mesure que la grandeur détectée (température ou pression) aug mente ; cette ouverture entraîne en même temps une diminution du débit du combustible injecté et de la pression du combustible dans la tubulure de retour 40.
Comme indiqué précédemment, la tubulure 33 traverse la paroi du séparateur 36 (fig. 4) ; il en est de même de la tubulure 38. Par contre, la tubulure de retour 40 traverse une chambre 44 qui est séparée par une membrane souple 45 d'une chambre 46 rem plie d'huile. Il règne donc dans la chambre 46 une pression qui est fonction de la pression de retour et, par suite, du débit du combustible injecté.
Dans un cylindre 47, relié à la chambre 46 par une tubulure 48, est monté mobile un piston 49. Un levier 50, susceptible de pivoter en 51 entre deux butées réglables 52 et 53, porte une vis 54 au contact de la tige 55 du piston 49. L'extrémité du levier 50 est au contact d'un doigt 56 prévu à la périphérie du disque 22, de sorte que le pivotement du levier 50 entraîne celui du disque ; un ressort 57 interposé entre le fond du cylindre et le piston tend à ramener ce dernier vers sa position de repos (pression nulle dans la chambre 44) qui correspond à la position de repos du disque 22 (débit d'air secondaire nul). On voit ainsi que la position du répartiteur dépend du débit du combustible injecté.
Sur l'axe 4 du volet de réglage d'air 3 est calé un levier 58 portant une série de vis 59. Devant ces vis se trouve un deuxième levier 60 qui est monté pivo tant en 61 et qui est commandé par la tige 62 d'un piston 63. Celui-ci est monté mobile, contre l'action d'un ressort de rappel 64 dans un cylindre 65 qui est relié par une tubulure 66 à la chambre 46 du séparateur 36. Lorsque la pression dans la chambre 46 varie, c'est-à-dire quand le débit du combustible injecté varie, le piston 63 se déplace et fait pivoter le levier 60.
Celui-ci rencontre l'une ou l'autre des vis 59 et fait pivoter le levier 58, ce qui modifie la posi tion du volet de réglage d'air 3 ; comme le levier 60 rencontre, en pivotant, successivement tout ou partie des différentes vis, on peut régler, point par point, la loi de variation du débit total de l'air de combustion en fonction du débit du combustible injecté.
Le fonctionnement du brûleur décrit ressort clai rement de ce qui précède.
En position de repos, le volet d'air 3 et le regis tre répartiteur sont fermés. Il en est de même de la vanne 37 ; par contre, les vannes 39 et 41 sont ouvertes.
Le ventilateur 6 et la pompe 34 sont mis en route. Le tube foyer 15 est ainsi balayé ; en même temps, le combustible est refoulé dans la tubulure 33, après avoir été réchauffé, traverse, en les réchauffant, la vanne 37 ainsi que le séparateur 36, et retourne, par la tubulure 38, au réservoir de combustible.
Puis l'électrovanne 39 est fermée. La pression monte dans la chambre de l'injecteur 12 et repousse le piston que contient cette chambre, de sorte que la tubulure 33 est mise en communication simultané ment avec la buse de l'injecteur et avec la tubulure de retour 40 ; comme l'électrovanne 41 est alors ouverte, une fraction seulement du combustible par vient à la buse: c'est le régime Peu . Le combus tible injecté est allumé.
Puis l'électrovanne 41 est fermée, la vanne 37 l'étant également. Tout le combustible parvient à la buse: c'est le régime Tout . La pression dans la conduite de retour 40 atteint la pression d'injection, ce qui a pour effet d'amener le volet d'air 3 et le registre dans leur position d'ouverture maximale.
La température de l'eau ou la pression de vapeur de la chaudière s'élevant, la vanne progressive 37 s'ouvre de sorte qu'une partie du combustible retourne directement à la cuve sans être injectée ; le régime du brûleur baisse. En même temps, la pres sion dans la conduite 40 baisse ce qui fait pivoter plus ou moins le volet 3 et le disque 22 vers leur position de fermeture.
Le débit du combustible est ainsi asservi à In température de l'eau ou à la pression de vapeur de la chaudière. A tout moment, une variation de ce débit entraine une variation dans le même sens du débit d'air, et une variation dans le sens contraire du rapport du débit de l'air primaire au débit de l'air secondaire.
Liquid or gaseous fuel burner It is known that, in a burner, the fuel, after being pulverized if it is liquid, is first mixed with a certain volume of air, called primary air, a new volume of air, called secondary air, then being added to this mixture. Until now, a burner has generally been designed to operate in a relatively narrow power range, for example between its nominal power and half of it. The power variation is obtained by modifying the flow rate of fuel admitted to the burner and, correspondingly, the total flow of combustion air.
If an attempt is made to run the burner at low speed while further reducing the fuel and air flow rates, combustion will proceed incorrectly. The volume of primary air is insufficient given the dimensions of the combustion chamber and the mixing does not take place intimately; the flame obtained is short and the combustion efficiency is very low. The secondary air added subsequently does not, in fact, participate in combustion.
The present invention relates to a liquid or gaseous fuel burner which can operate, in a regressive manner, from its nominal power to a relatively low power, for example equal to one sixth of the nominal power.
According to the invention, the burner comprises means for varying the ratio of the primary air flow to the secondary air flow, these means being linked to those used to vary the fuel flow and the total air flow of combustion so that this ratio increases when these flow rates decrease and vice versa.
In a particular embodiment of the invention, the burner comprises a cap which is provided with openings for the passage of the fuel and the primary air and which forms a mixing and combustion chamber, this cap being extended by fins. substantially radial, the outer wall of which has an inverted V-shaped section and which between them determine openings for the passage of secondary air, said means for varying the ratio of the primary air and secondary air flow rates being constituted by a movable shutter member which is placed upstream of the fins and the openings of which can be placed opposite the spaces between fins, in the direction of flow of the secondary air.
An embodiment of a burner according to the invention used for heating a boiler has been described below, by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings in which FIG. 1 is a diagram of the burner and of its air and fuel supply system; fig. 2 is an axial sectional view of the cap or cup and of the distributor.
fig. 3 is a sectional view along III-III of FIG. 2; fig. 4 is a sectional view of the separator. It comprises a substantially cylindrical casing 1 into which an air inlet duct 2 opens; the latter is provided with an adjustment flap 3 which is fixed on an axis 4 pivotably mounted in the duct.
The casing 1 comprises a portion 5 forming a volute for a fan, the rotor 6 of which is mounted to rotate about the axis of the casing and can be driven by a motor, not shown. Opposite the rotor 6 are arranged rectifying vanes 7 fixed to the housing.
The downstream end of the housing 1 is flared and contains a cap or cup 8 provided at its center with an opening 9 (FIG. 2). It is preceded by a deflector 10 formed by a disc which has a central opening and under which there are fins 11 forming a relatively small angle with the radial planes. The fuel injector 12 is placed in the center of the deflector. The fuel thus enters the cup through the opening 9 of the latter at the same time as the primary air which has previously passed between the fins 11 of the deflector.
The cup 8 is connected externally to the casing by fins 13 which have an approximately triangular section (FIG. 3), their base being turned towards the downstream of the burner, and which between them determine passages 14 for the secondary air. The housing 1 is extended beyond the cup by a focus tube 15 which has, at its inlet, a neck 16 of the same diameter as the outlet diameter of the fins. Reference 17 indicates a flame detector.
The burner comprises, around the cup 8 and upstream of the fins, a damper for adjusting the ratio of the flow rate of the primary air passing through the opening 9 of the cap to the flow rate of the secondary air passing between the fins 13 This register comprises a disc 18 which is fixed by bolts 19 on internal tabs 20 of the housing (fig. 2) and which is provided with radial openings 21 of the same number as the fins 13. On this disc is applied a second disc 22 which is also provided with radial openings 23 of the same dimensions as the openings 21 and having the same angular arrangement as them.
The two discs are kept pressed against each other with a certain play by brackets 24 fixed to the housing 1 by the screws 19, as well as by screws 25 with large heads fixed to the disc 22 and passing through elongated openings 26 of the disc 18. The two discs can thus pivot about their common axis and the length of the openings 26 is such that the pivot angle is at least equal to half the angular difference between two successive openings 21 or 23.
When the openings 21 and 23 are facing each other, the flow of secondary air is maximum. These openings are calculated so that the ratio of the primary air flow to the secondary air flow is then that suitable for the nominal power. On the other hand, if the disc 22 is rotated so that its openings 23 come opposite solid parts of the disc 18, the secondary air flow rate is zero.
A spring 28 fixed on the one hand to a stud 29 integral with the disc 18, and on the other hand to a stud 30 integral with the disc 22, and passing through an elongated opening 31 of the disc 18, tends to cause the two discs to pivot towards their relative position for which the secondary air flow rate is zero.
The discs 18 and 22 are arranged with respect to the fins 13 so that the air passing through the repairer takes, given the movement imparted to it by the fan 6, a direction 32 which brings it between two successive fins, as it can be seen in fig. 3.
Means are provided for rotating the disk as a function of the fuel flow rate leaving the injector 12.
In the example shown, the injector is connected to a fuel tank by a pipe 33 on which are interposed a pump 34 and a heater 35; on the other hand, the pipe 33 passes, to heat them, in the wall of a separator 36 and in that of a thermostatic valve 37 which will be described later.
The pipe 33 opens, in the injector, into a chamber in which a piston (not shown) is movable against the action of a spring and into which also opens a second pipe 38. The latter is connected to the fuel tank. by a solenoid valve 39. When the pressure increases in the chamber of the injector, the piston moves against the action of its spring, which puts the tube 33 in communication with the nozzle of the injector and with a tube return 40. On this pipe are interposed in parallel a solenoid valve 41 and the progressive valve 37.
This is controlled by a thermostatic membrane 42 connected to a bulb 43, by a manostatic membrane, or by a servomotor associated with a thermostat or a mano stat, so as to open as the magnitude detected. (temperature or pressure) increases; this opening simultaneously causes a reduction in the flow rate of the injected fuel and in the fuel pressure in the return pipe 40.
As indicated above, the pipe 33 passes through the wall of the separator 36 (FIG. 4); the same is true of the pipe 38. On the other hand, the return pipe 40 passes through a chamber 44 which is separated by a flexible membrane 45 from a chamber 46 filled with oil. A pressure therefore prevails in chamber 46 which is a function of the return pressure and, consequently, of the flow rate of the injected fuel.
In a cylinder 47, connected to the chamber 46 by a pipe 48, a piston 49 is movably mounted. A lever 50, capable of pivoting at 51 between two adjustable stops 52 and 53, carries a screw 54 in contact with the rod 55 of the piston 49. The end of lever 50 is in contact with a finger 56 provided at the periphery of the disc 22, so that the pivoting of the lever 50 drives that of the disc; a spring 57 interposed between the bottom of the cylinder and the piston tends to bring the latter back to its rest position (zero pressure in the chamber 44) which corresponds to the rest position of the disc 22 (zero secondary air flow). It can thus be seen that the position of the distributor depends on the flow rate of the injected fuel.
On the axis 4 of the air adjustment flap 3 is wedged a lever 58 carrying a series of screws 59. In front of these screws is a second lever 60 which is pivotally mounted at 61 and which is controlled by the rod 62 d 'a piston 63. The latter is movably mounted against the action of a return spring 64 in a cylinder 65 which is connected by a pipe 66 to the chamber 46 of the separator 36. When the pressure in the chamber 46 varies , that is to say when the flow rate of the injected fuel varies, the piston 63 moves and causes the lever 60 to pivot.
The latter meets one or the other of the screws 59 and causes the lever 58 to pivot, which modifies the position of the air adjustment flap 3; as the lever 60 meets, by pivoting, successively all or part of the various screws, it is possible to adjust, point by point, the law of variation of the total flow rate of the combustion air as a function of the flow rate of the injected fuel.
The operation of the burner described is clear from the foregoing.
In the rest position, the air shutter 3 and the distributor register are closed. The same is true of the valve 37; on the other hand, the valves 39 and 41 are open.
The fan 6 and the pump 34 are started. The focus tube 15 is thus swept; at the same time, the fuel is discharged into the pipe 33, after having been reheated, passes through, by heating them, the valve 37 as well as the separator 36, and returns, through the pipe 38, to the fuel tank.
Then the solenoid valve 39 is closed. The pressure rises in the chamber of the injector 12 and pushes back the piston which this chamber contains, so that the pipe 33 is placed in communication simultaneously with the nozzle of the injector and with the return pipe 40; as the solenoid valve 41 is then open, only a fraction of the fuel goes to the nozzle: it is the Peu regime. The injected fuel is ignited.
Then the solenoid valve 41 is closed, the valve 37 also being closed. All the fuel reaches the nozzle: this is the All mode. The pressure in the return line 40 reaches the injection pressure, which has the effect of bringing the air shutter 3 and the register to their maximum open position.
As the temperature of the water or the steam pressure of the boiler increases, the progressive valve 37 opens so that part of the fuel returns directly to the tank without being injected; the burner speed drops. At the same time, the pressure in the pipe 40 drops which causes the shutter 3 and the disc 22 to pivot more or less towards their closed position.
The fuel flow is thus slaved to the temperature of the water or the steam pressure of the boiler. At any time, a variation of this flow rate causes a variation in the same direction of the air flow, and a variation in the opposite direction of the ratio of the primary air flow to the secondary air flow.