La présente invention concerne un dispositif pour la préparation, la carburation et la combustion de combustibles liquides, notamment des hydrocarbures lourds.
Si dans un réservoir isolé de l'air. on place une quantité d'un hydrocarbure quelconque. de préférence un hydrocarbure lourd tel que du fuel et si on le chauffe avec une flamme indirecte, au-dessus de sa température d'ébullition, I'hydrocarbure tend à se vaporiser rapidement, mais si en même temps, on ajoute une certaine quantité d'eau, quantité un peu inférieure au volume de l'hydrocarbure, et si la chaleur est suffisante pour que la vapeur d'eau ne refroidisse pas un tel mélange il en résulte la formation d'un gaz blanc et lourd ayant un haut pouvoir calorifique.
Des expériences ont été réalisées qui ont montré que la quantité d'hydrogène que contient l'eau en se combinant avec le carbone restant de la combustion est d'une importance telle qu'on ne peut pas prédire ce que le brûleur peut finalement représenter en pratique, en ce qui concerne ses applications possibles à l'industrie, d'autant plus qu'il y a lieu de considérer que la combustion dudit mélange se réalise totalement sans fumée. La présente invention est basée sur les considérations techniques suivantes au sujet de la combustion à ciel ouvert provoquée par le brûleur pour son fonctionnement.
Si on part du fait que l'on se trouve en face d'une combustion ayant pour origine un combustible liquide, il y a lieu de tenir compte de toute manière que de telles substances ne brûlent pas dans cet état mais qu'en fait entrent en combustion les vapeurs qui se constituent, et la chaleur libérée fait qu'il s'évapore davantage de liquide dans la zone de combustion et que la nouvelle vapeur. par oxydation, entre en combustion, le phénomène se continuant ainsi successivement.
En premier lieu. il y a lieu de supposer que se constituent des atomes d'hydrogène qui réagissent avec les molécules d'oxygène provenant de l'air de combustion, pour former des radicaux OH. lesquels réagissent à leur tour avec une molécule d'hydrogène atomique. ce qui permet une répétition du processus.
De cette manière. un seul atome d'hydrogène peut former un nouvel atome de la même espèce associé à la régénération de ce même atome, ce qui constitue une chaîne ou un processus de réaction ramifié.
En résumé. on se trouve en face d'une combustion dans laquelle a préalablement lieu un phénomène de rupture du combustible avec en plus des réactions avec des molécules d'eau. et au sein de la flamme un apport d'oxygène provenant de l'eau décomposée. de l'air de combustion et desdits radicaux OH: la combustion est ainsi riche en hydrogène et en oxygène.
Un aspect physique de ce processus de combustion original est que les particules de vapeur d'eau émulsionnées avec le combustible huileux font que celui-ci est atomisé en évitant l'emploi de pastilles particulières et en formant réellement un aérosol constitué par l'émulsion, ce qui facilite la combustion.
De ce fait, I'émulsion au moyen de la vapeur d'eau permet une augmentation de la pression partielle de vapeur d'eau par laquelle l'énergie radiante (étroitement liée à cette pression partielle) augmente par rapport à l'anhydride carbonique existant sans atomisation par l'eau. Ceci permet d'améliorer le transfert de chaleur par radiation (augmentation logique dans la relation radiation-convection. qui est ce dont il s'agit).
Si on considère l'aspect thermo-chimique, les atomes de carbone du combustible entrent en réaction avec l'eau avec formation de monoxyde de carbone, diminuant rapidement toute présence possible d'imbrûlés puisque d'autre part, la présence de molécules d'eau peut exercer une action diminuant le processus de craquage du combustible, par lequel on évite la production de coke (dernière étape du craquage) et ainsi des imbrûlés.
Au moment de I'explosion lente (flamme), et avec l'élévation de la température, apparaissent des molécules fragmentaires de courte vie (radicaux libres. complexes, activés) qui se combinent rapidement dans les zones moins chaudes. La présence d'eau émulsionnée dans le cas étudié favorise cette action et il importe de tenir compte que les atomes d'hydrogène favorisent l'augmentation de la vitesse de flamme.
Cette formation de composés gazeux, méthane, éthane, propane, butane, etc. fait que la combustion est en partie une combustion de gaz très différente de la combustion habituelle d'un aérosol liquide.
Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble pour préchauffer le combustible et pour en séparer des particules et des poches d'eau, ainsi qu'un brûleur principal relié audit ensemble.
Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est décrite ci-après à l'aide des dessins annexés.
La fig. 1 représente une vue de côté du dispositif de préparation du combustible.
La fig. 2 représente également une vue de côté schématique du brûleur relié au dispositif.
Les fig. 3 et 4 correspondent respectivement aux faces avant et arrière dudit brûleur.
Le dispositif de la fig. 1 est formé d'un réservoir 16 qui contient de l'eau jusqu'à une hauteur indiquée par la ligne pointillée 18 que l'on peut observer par le regard formé dans la tubulure transparente 17. L'eau est chauffée à 90"C par radiation à partir de la chambre de combustion 5 qui reçoit de la chaleur du brûleur formé de la moto-pompe 14 et du pulvérisateur 13. Ladite chambre de combustion 5 présente une tubulure 1 pour la sortie des gaz. La température de l'eau est contrôlée par le pyromètre automatique 15 qui présente un coupe circuit électrique agissant sur le brûleur 14.
Au moyen de la moto-pompe 10, I'eau circule en circuit fermé entre les tubulures qui passent par le robinet 1 1 vers la moto-pompe 10 et pénètrent de nouveau dans le réservoir 16 par la tubulure 6 munie du robinet 7.
Lorsque la moto-pompe est à plein rendement, I'eau est petit à petit étranglée jusqu'à ce que la moto-pompe ne puisse aspirer l'eau nécessaire, le reste de l'aspiration est réalisé par le combustible qui arrive par la tubulure 8 et est contrôlé par le robinet 9.
Alors, avec l'eau chaude et le combustible, un mélange de particules finement divisées est formé et en entrant au sein du réservoir, le combustible à cause de sa différence de densité avec l'eau. monte à la partie supérieure du réservoir en se séparant totalement de l'eau et en y laissant toutes les petites poches qui accompagnent généralement presque tous les combustibles liquides et qui constituent le principal problème dans la majorité des cas ou l'on emploie un combustible lourd.
A la partie supérieure du réservoir 16 se trouve placé un autre réservoir 19 dans lequel on recueille le combustible filtré qui va au brûleur de la fig. 2 par les tubulures 2 et 4 (fig. 1), et le reste du combustible passe par l'orifice de sortie 20 à l'entrée de la moto-pompe 39 de ladite fig. 2.
Le robinet 12 (fig. 1) a pour objet de purger le réservoir si le niveau de l'eau dépasse la valeur prévue.
Le combustible chauffé à 90"C et ne présentant pas de particules ni de poches d'eau va au brûleur représenté à la fig. 2, entre dans la moto-pompe 23 par la tubulure 21, laquelle l'amène sous pression vers la chambre 24 à l'intérieur de laquelle sont disposées trois résistances électriques qui chauffent le combustible vers une température d'environ 3000C et il passe finalement à la chambre de combustion 35 à travers la tubulure et la chambre de visite 33.
A cette chambre 35 dans laquelle le combustible se présente finalement, arrive également l'eau à travers la chambre et la tubulure 37 et qui est envoyée sous pression par la pompe 39 en étant filtrée par le filtre 40.
Le brûleur principal représenté à la fig. 2 est muni d'un petit brûleur d'allumage qui comprend une cellule photoélectrique 27 permettant d'arrêter le fonctionnement en cas de mauvais allumage, une moto-pompe 28 pour l'injection du combustible d'allumage, une entrée d'air 25 passant par le régulateur 26 pour pénétrer dans l'injecteur 29 en activant la pulvérisation dans la chambre 31. L'allumage de cette pulvérisation est effectué au moyen d'une étincelle électrique formée entre les électrodes 30 selon un processus physique en accord avec la théorie de base de cette combustion.
La flamme du petit brûleur d'allumage passe par la chambre 31 dans laquelle se trouvent les tubulures de combustible et d'eau et qui dans sa partie terminale présente les chambres où a lieu la combinaison de l'eau et du combustible. Une fois que la flamme enveloppe les tubulures et les chambres, on met en fonctionnement les pompes à eau-combustibles et à la sortie a lieu une combustion présentant des caractéristiques nouvelles par rapport à celles de la combustion du combustible seul sans mélange d'eau. Un filtre 41 est placé sur l'arrivée du fuel combustible vers le brûleur 29.
L'air nécessaire à la combustion complète est amené par le ventilateur 22 (fig. 2) et est envoyé à la chambre 32 par l'intérieur du dispositif, ce qui est représenté en 32 et 44 à ladite figure dans laquelle on voit également que les chambres 33 et 37 présentent des bouchons 34 et 36 pour la visite lors d'engorgement possibles qui rendent difficile le passage de l'eau ou du combustible vers la chambre 35. En fin dudit parcours, l'air sort en 38.
A la fig. 3, on a représenté les résistances électriques 43 et le pyromètre 42 destiné à contrôler la température du combustible et à la maintenir à 3000C.
La disposition décrite et dont les caractéristiques techniques ont été exposées ci-dessus présentent les avantages principaux suivants:
- démarrage facile sans à-coups
- déplacement silencieux
- pas de vibration-pas de centrage
- absence totale d'imbrûlés.
- Large spectre de puissances calorifiques. Comprend depuis les combustions domestiques de chauffage jusqu'aux fours de fusion de verre dans lesquels la température au point de flamme arrive aux environs de 1500-1550oC.
- Changement facile de n'importe quelle pièce et, ainsi, entretien très économique et rapidité du montage.
- Prend peu de place.
- Peut brûler n'importe quel combustible résiduel de basse qualité et en combinaison avec des eaux résiduaires provenant de n'importe quelle origine.
- Production réduite d'oxyde de souffre, d'azote, d'hydrocarbure libre, etc.
- Economie importante et collaboration à la lutte contre la contamination du milieu ambiant atmosphérique.
- Conservation accrue des équipements par diminution des corrosions à basse température.
- Grâce aux caractéristiques indiquées ci-dessus de la combustion qui est obtenue par la disposition décrite, il est possible de prévoir les applications suivantes:
Du fait de son intense puissance calorifique, le dispositif résoud les problèmes rencontrés dans l'industrie du verre, du ciment et en général de produits silicieux.
Une application particulière consiste en la désalinisation de l'eau de mer: rendre portable l'eau de mer, utilisation des saumures.
Elimination des eaux résiduaires domestiques contribuant ainsi à la propreté du milieu ambiant.
Elimination des eaux résiduaires industrielles (papéteries distilleries, industries galvaniques, textiles et toutes industries où le déversement des eaux résiduaires constitue un problème dû à son contenu en produits toxiques ou en produits simplement contaminants).
Usines productrices de vapeur de n'importe quel genre et pour n'importe quelle industrie.
Production d'eau chaude utilisable pour le confort domestique ainsi que pour toutes installations industrielles pouvant être mises à profit dans ce dernier cas pour éliminer l'eau contaminée par les processus industriels (bains galvaniques).
Incinération d'ordures de n'importe quel type d'usine, comme les abattoirs, les cliniques et les hôpitaux, les usines municipales pour le traitement des ordures ménagères. etc.
Industrie de l'automobile.
Fours industriels de laminage, secs. etc. utilisant ces qualités exceptionnelles pour diminuer ou éliminer les problèmes de croûte par oxydation superficielle des pièces à traiter.
Industrie chimique, utilisant les aspects de production de chaleur et de décontamination de résidus conjointement ou séparément.
Dans toutes les occasions où il est nécessaire de produire de la chaleur ou de procéder à l'élimination des ordures, des eaux chargées de résidus dissous ou en suspension. etc.
En résumé, le dispositif qui constitue le filtre centrifugateur et de pré-chauffage est constitué par un réservoir vertical à eau qui se rétrécit à sa partie supérieur et renferme, près de son tiers inférieur, une chambre de combustion à brûleur externe constitué par un pulvérisateur et une moto-pompe et qui à l'autre extrémité communique avec une tubulure verticale. de sortie des gaz. Dans cette chambre est disposé coaxialement un autre réservoir pour le combustible, lequel se resserre à sa partie supérieure qui est couverte et, le fond de ce dernier réservoir communique par une tubulure avec un robinet de passage vers le brûleur ou les brûleurs proprement dits.
De plus, le réservoir à eau, qui renferme lesdits éléments, comporte une tubulure transparente qui montre le niveau de l'eau, un pyromètre automatique et un robinet à sa partie inférieure pour le purger.
Ledit réservoir communique à sa partie inférieure avec un tube qui, à son tour, le fait communiquer avec une motopompe par l'intermédiaire de deux robinets, un avant et un autre après la liaison à celle-ci, et à partir du second robinet communique avec l'arrivée du combustible. La moto-pompe à son tour, par l'intermédiaire d'un robinet, envoie l'eau ou le combustible au fond du réservoir principal par une tubulure à orifices latéraux de sorte que l'eau circule en circuit fermé. et que quand la moto-pompe ne peut plus aspirer d'eau, elle aspire du combustible.
Le combustible chauffé à 90oC, par le dispositif décrit, arrive à une moto-pompe qui l'amène sous pression à une chambre comportant des résistances électriques qui chauffent le combustible vers 3000C, le combustible passant de cette chambre à la chambre de combustion à travers une chambre de visite. A cette chambre de combustion arrive également l'eau envoyée sous pression par une pompe et qui passe préalablement par un filtre. Un autre filtre est placé sur le conduit d'amenée du combustible.
Un ventilateur amène l'air pour effectuer la combustion complète, l'envoyant à la chambre correspondante par l'intérieur du dispositif.
Coaxialement à cette chambre de combustion. est disposé un petit brûleur avec entrée d'air, régulateur de celle-ci pour son entrée dans l'injecteur activant la pulvérisation. une motopompe d'injection du combustible, des électrodes d'allumage et une cellule photo-électrique pour arrêter le fonctionnement lorsque celui-ci présente un défaut.
La flamme de ce petit brûleur passe par la chambre dans laquelle sont placées les tubulures d'amenée du combustible et de l'eau et qui dans sa partie terminale débouche dans la chambre dans laquelle a lieu la combinaison de l'eau et du combustible.
The present invention relates to a device for the preparation, carburization and combustion of liquid fuels, in particular heavy hydrocarbons.
If in an air-insulated tank. a quantity of any hydrocarbon is placed. preferably a heavy hydrocarbon such as fuel oil and if heated with an indirect flame, above its boiling point, the hydrocarbon tends to vaporize rapidly, but if at the same time a certain amount of oil is added. 'water, an amount a little less than the volume of the hydrocarbon, and if the heat is sufficient so that the water vapor does not cool such a mixture, the formation of a white and heavy gas having a high calorific value results .
Experiments have been carried out which have shown that the amount of hydrogen contained in the water by combining with the carbon remaining from combustion is of such importance that one cannot predict what the burner may ultimately represent by practical, as regards its possible applications in industry, all the more so since it should be considered that the combustion of said mixture is carried out completely without smoke. The present invention is based on the following technical considerations concerning the open combustion caused by the burner for its operation.
If we start from the fact that we are faced with a combustion originating from a liquid fuel, it must be borne in mind anyway that such substances do not burn in this state but in fact enter on combustion the vapors that form, and the heat released causes more liquid to evaporate in the combustion zone and new vapor. by oxidation, it enters combustion, the phenomenon thus continuing successively.
In the first place. there is reason to suppose that atoms of hydrogen are formed which react with the molecules of oxygen coming from the combustion air, to form OH radicals. which in turn react with an atomic hydrogen molecule. which allows a repetition of the process.
In this way. a single hydrogen atom can form a new atom of the same species associated with the regeneration of that same atom, which is a branched chain or reaction process.
In summary. we are faced with a combustion in which a phenomenon of fuel rupture takes place beforehand with in addition reactions with water molecules. and within the flame a supply of oxygen from the decomposed water. combustion air and said OH radicals: combustion is thus rich in hydrogen and oxygen.
A physical aspect of this original combustion process is that the water vapor particles emulsified with the oily fuel cause the latter to be atomized avoiding the use of particular pellets and actually forming an aerosol constituted by the emulsion, which facilitates combustion.
Therefore, the emulsion by means of water vapor allows an increase in the partial pressure of water vapor by which the radiant energy (closely related to this partial pressure) increases relative to the existing carbon dioxide. without water atomization. This improves the heat transfer by radiation (a logical increase in the radiation-convection relationship, which is what it is).
If we consider the thermochemical aspect, the carbon atoms of the fuel react with the water with the formation of carbon monoxide, rapidly reducing any possible presence of unburnt substances since, on the other hand, the presence of molecules of water can exert an action reducing the process of cracking of the fuel, by which one avoids the production of coke (last stage of cracking) and thus of unburnt.
At the moment of the slow explosion (flame), and with the rise in temperature, short-lived fragmentary molecules appear (free radicals, complexes, activated) which combine rapidly in cooler areas. The presence of emulsified water in the case studied favors this action and it is important to take into account that the hydrogen atoms promote the increase in the flame speed.
This formation of gaseous compounds, methane, ethane, propane, butane, etc. fact that combustion is in part a combustion of gases very different from the usual combustion of a liquid aerosol.
The device is characterized in that it comprises an assembly for preheating the fuel and for separating therefrom particles and pockets of water, as well as a main burner connected to said assembly.
An embodiment of the object of the invention is described below with the aid of the accompanying drawings.
Fig. 1 shows a side view of the fuel preparation device.
Fig. 2 also shows a schematic side view of the burner connected to the device.
Figs. 3 and 4 correspond respectively to the front and rear faces of said burner.
The device of FIG. 1 is formed by a reservoir 16 which contains water up to a height indicated by the dotted line 18 which can be observed by the sight glass formed in the transparent tubing 17. The water is heated to 90 "C by radiation from the combustion chamber 5 which receives heat from the burner formed by the motor-pump 14 and from the atomizer 13. Said combustion chamber 5 has a pipe 1 for the gas outlet. is controlled by the automatic pyrometer 15 which has an electrical circuit breaker acting on the burner 14.
By means of the motor-pump 10, the water circulates in a closed circuit between the pipes which pass through the valve 11 to the motor-pump 10 and again enters the reservoir 16 through the pipe 6 provided with the valve 7.
When the motor-pump is at full capacity, the water is gradually constricted until the motor-pump cannot suck the necessary water, the rest of the suction is carried out by the fuel which arrives by the tubing 8 and is controlled by valve 9.
Then, with the hot water and the fuel, a mixture of finely divided particles is formed and on entering the tank, the fuel because of its density difference with the water. rises to the top of the tank, completely separating from the water and leaving all the small pockets there which generally accompany almost all liquid fuels and which are the main problem in the majority of cases where heavy fuel is used .
At the top of the tank 16 is placed another tank 19 in which the filtered fuel is collected which goes to the burner of FIG. 2 through the pipes 2 and 4 (fig. 1), and the rest of the fuel passes through the outlet orifice 20 at the inlet of the motor-pump 39 of said fig. 2.
The purpose of the tap 12 (fig. 1) is to purge the tank if the water level exceeds the expected value.
The fuel heated to 90 "C and having no particles or pockets of water goes to the burner shown in fig. 2, enters the motor-pump 23 through the pipe 21, which brings it under pressure to the chamber. 24 inside which are arranged three electric resistors which heat the fuel to a temperature of about 3000C and it finally passes to the combustion chamber 35 through the pipe and the inspection chamber 33.
At this chamber 35 in which the fuel is finally present, also arrives water through the chamber and the pipe 37 and which is sent under pressure by the pump 39 while being filtered by the filter 40.
The main burner shown in fig. 2 is fitted with a small ignition burner which comprises a photoelectric cell 27 making it possible to stop operation in the event of poor ignition, a motor-pump 28 for the injection of ignition fuel, an air inlet 25 passing through the regulator 26 to enter the injector 29 by activating the atomization in the chamber 31. The ignition of this atomization is carried out by means of an electric spark formed between the electrodes 30 according to a physical process in accordance with the theory basis of this combustion.
The flame of the small ignition burner passes through the chamber 31 in which the fuel and water pipes are located and which in its end part has the chambers where the combination of water and fuel takes place. Once the flame envelops the pipes and the chambers, the water-fuel pumps are put into operation and at the outlet combustion takes place, presenting new characteristics compared to those of the combustion of the fuel alone without water mixing. A filter 41 is placed on the fuel oil inlet to the burner 29.
The air necessary for complete combustion is supplied by the fan 22 (fig. 2) and is sent to the chamber 32 through the interior of the device, which is shown at 32 and 44 in said figure in which it can also be seen that chambers 33 and 37 have plugs 34 and 36 for inspection during possible clogging which make it difficult for water or fuel to pass to chamber 35. At the end of said path, the air leaves at 38.
In fig. 3, there is shown the electric resistances 43 and the pyrometer 42 intended to control the temperature of the fuel and to maintain it at 3000C.
The arrangement described and the technical characteristics of which have been explained above have the following main advantages:
- easy start without jerking
- silent movement
- no vibration - no centering
- total absence of unburnt material.
- Wide spectrum of calorific powers. Includes from domestic heating combustions to glass melting furnaces in which the temperature at the point of flame reaches around 1500-1550oC.
- Easy change of any part and, thus, very economical maintenance and rapid assembly.
- Takes up little space.
- Can burn any waste fuel of low quality and in combination with waste water from any source.
- Reduced production of sulfur oxide, nitrogen, free hydrocarbon, etc.
- Significant savings and collaboration in the fight against contamination of the atmospheric environment.
- Increased conservation of equipment by reducing corrosion at low temperature.
- Thanks to the characteristics indicated above of the combustion which is obtained by the arrangement described, it is possible to envisage the following applications:
Due to its intense calorific power, the device solves the problems encountered in the glass industry, cement and in general siliceous products.
A particular application consists in the desalination of sea water: making sea water portable, use of brines.
Elimination of domestic wastewater thus contributing to the cleanliness of the ambient environment.
Elimination of industrial wastewater (paper, distilleries, galvanic industries, textiles and all industries where the discharge of wastewater is a problem due to its content in toxic products or simply contaminating products).
Steam producing plants of any kind and for any industry.
Production of hot water that can be used for domestic comfort as well as for all industrial installations that can be used in the latter case to eliminate water contaminated by industrial processes (galvanic baths).
Incineration of garbage from any type of plant, such as slaughterhouses, clinics and hospitals, municipal factories for the treatment of household waste. etc.
Automotive industry.
Industrial rolling furnaces, dry. etc. using these exceptional qualities to reduce or eliminate crust problems by surface oxidation of the parts to be treated.
Chemical industry, using aspects of heat generation and tailings decontamination jointly or separately.
Whenever it is necessary to produce heat or to dispose of garbage, water laden with dissolved or suspended residues. etc.
In summary, the device which constitutes the centrifugal and pre-heating filter consists of a vertical water tank which narrows at its upper part and contains, near its lower third, a combustion chamber with an external burner constituted by a sprayer. and a motor-pump and which at the other end communicates with a vertical pipe. gas outlet. In this chamber is arranged coaxially another tank for the fuel, which narrows at its upper part which is covered and, the bottom of the latter tank communicates by a pipe with a passage valve to the burner or the burners themselves.
In addition, the water tank, which contains said elements, has a transparent tubing which shows the level of the water, an automatic pyrometer and a tap at its lower part to purge it.
Said reservoir communicates at its lower part with a tube which, in turn, makes it communicate with a motor-driven pump by means of two taps, one before and another after the connection to it, and from the second tap communicates with the arrival of fuel. The motor-pump in turn, via a tap, sends the water or fuel to the bottom of the main tank through a side ported tubing so that the water circulates in a closed circuit. and that when the motor-pump can no longer suck up water, it sucks up fuel.
The fuel heated to 90oC, by the device described, arrives at a motor-pump which brings it under pressure to a chamber comprising electrical resistances which heat the fuel to 3000C, the fuel passing from this chamber to the combustion chamber through a visitation room. To this combustion chamber also arrives the water sent under pressure by a pump and which first passes through a filter. Another filter is placed on the fuel feed pipe.
A fan brings in the air for complete combustion, sending it to the corresponding chamber from inside the device.
Coaxially with this combustion chamber. a small burner is arranged with an air inlet, regulator thereof for its entry into the injector activating the spraying. a fuel injection motor pump, ignition electrodes and a photoelectric cell to stop operation when it has a fault.
The flame of this small burner passes through the chamber in which the fuel and water supply pipes are placed and which in its terminal part opens into the chamber in which the combination of water and fuel takes place.