FR2478265A1 - BURNER WITH PREMELANGE OF AIR AND BLOW GAS - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION SE RAPPORTE A UN BRULEUR CYLINDRIQUE A PREMELANGE D'AIR ET DE GAZ SOUFFLE. LE BRULEUR COMPORTE DES ORIFICES 3 DE SORTIES DE FLAMME OBTENUS PAR POINCONNAGE DU METAL ET REPOUSSAGE DES BORDURES DE L'ORIFICE EN SAILLIES OU DENTELURES VERS L'EXTERIEUR POUR FORMER DES CREVES REPARTIS SUR TOUTE LA PERIPHERIE D'UN CORPS TUBULAIRE 1. UN ORGANE EST DISPOSE A L'INTERIEUR DU CORPS TUBULAIRE 1 POUR TRANSFORMER LE MOUVEMENT LONGITUDINAL DU MELANGE GAZEUX, EN MOUVEMENT RADIAL UNIFORME. APPLICATION AUX CHAUDIERES DOMESTIQUES DE CHAUFFAGE CENTRAL A EAU CHAUDE DU TYPE ETANCHE.THE INVENTION RELATES TO A CYLINDRICAL BURNER WITH PREMIXED AIR AND BLOWN GAS. THE BURNER INCLUDES 3 FLAME OUTPUTS ORIFICES OBTAINED BY PUNCHING THE METAL AND PUSHING THE EDGES OF THE ORIFICE IN PROJECTS OR LAMPS TO THE EXTERIOR TO FORM PUNCTURES DISTRIBUTED OVER THE ENTIRE PERIPHERY OF A TUBULAR BODY 1. AN ORGAN IS PROVIDES INSIDE THE TUBULAR BODY 1 TO TRANSFORM THE LONGITUDINAL MOVEMENT OF THE GAS MIXTURE INTO A UNIFORM RADIAL MOVEMENT. APPLICATION TO DOMESTIC HOT WATER CENTRAL HEATING BOILERS OF THE SEALED TYPE.
Description
- 1 - La présente invention se rapporte à un brûleur à prémélangeThe present invention relates to a premix burner
d'air et de gaz soufflé pour chaudières domestiques de chauf- air and gas for domestic heating boilers
fage central à eau chaude du type étanche. hot water central fencing of the waterproof type.
On sait que ce type de brûleur se compose souvent d'un élément cylindrique perforé, obturé à une extrémité et ouvert à l'autre, à l'intérieur duquel est admis un mélange de gaz et d'air sous pression fourni par un ventilateur situé en amont dudit élément. Dans ces brûleurs connus, la vitesse du mélange dans l'élément n'est pas constante et la pression statique régnant à l'extérieur de l'élément quand le mélange air- gaz est It is known that this type of burner is often composed of a perforated cylindrical element, closed at one end and open to the other, inside which is admitted a mixture of gas and pressurized air provided by a fan located upstream of said element. In these known burners, the mixing speed in the element is not constant and the static pressure prevailing outside the element when the air-gas mixture is
brûlé n'est pas uniforme. Par conséquent, l'écoulement du mé- burned is not uniform. Therefore, the flow of the
lange au travers des perforations de mnme que la hauteur des flammes accrochées sur le pourtour du cylindre ne sont pas uniformes. De plus ces brûleurs fonctionnent toujours avec un certain Through the perforations and the height of the flames hung around the perimeter of the cylinder are not uniform. Moreover these burners always work with some
excès d'air ce qui diminue la vitesse de déflagration et aug- excess air which decreases the speed of explosion and increases
mente les possibilités de soufflage des flammes notamment pour the possibilities of blowing the flames especially for
les gaz dont la vitesse de déflagration propre est très faible. gases with a very low deflagration rate.
On voit donc que dans ce genre de brûleurs, il est nécessaire de prévoir d'une part un dispositif qui permette de maintenir So we see that in this type of burners, it is necessary to provide on the one hand a device that allows to maintain
une vitesse constante d'écoulement du mélange gaz-air à l'in- a constant rate of flow of the gas-air mixture to the
térieur du brûleur pour établir une pression statique uniforme à l'extérieur de la paroi o le mélange gaz-air est brûlé et the burner to establish a uniform static pressure outside the wall where the gas-air mixture is burnt and
d'autre part un dispositif d'accrochage des flammes. on the other hand a device for attaching flames.
A cet effet, on connait un brûleur à prémélange qui se compose For this purpose, we know a premix burner which consists
d'un corps tubulaire percé de trous lisses uniformément répar- of a tubular body pierced with smooth holes uniformly distributed
tis sur toute la périphérie de ce corps à l'intérieur duquel est placé un grillage à mailles fines pour l'accrochage des on the whole periphery of this body inside which is placed a mesh with fine mesh for the hanging of
flammes. De plus une gaine cylindrique percée de trous ré- flames. In addition a cylindrical sheath pierced with holes
partis sur toute sa longueur est également positionnée à l'in- the whole length is also positioned at
térieur du corps tubulaire pour une répartition régulière du inside the tubular body for a regular distribution of
mélange air-gaz.air-gas mixture.
- 2 - Ce brûleur est donc extrêmement compliqué et d'un prix de revient - 2 - This burner is extremely complicated and a cost price
élevé, car il nécessite l'emploi de trois éléments concentriques. high, because it requires the use of three concentric elements.
Par ailleurs, on ne peut obtenir les mêmes vitesses horizontales du mélange gazeux à la partie supérieure et à la partie inférieure du brûleur avec une gaine cylindrique dont les trous ont le méme Moreover, it is not possible to obtain the same horizontal speeds of the gas mixture at the upper part and at the bottom of the burner with a cylindrical sheath whose holes have the same shape.
diamètre en haut et en bas.diameter at the top and bottom.
On connaît également un brûleur formé par une tôle métallique A burner formed by a metal sheet is also known
perforée, agencée sous la forme d'un cylindre obturé à une extré- perforated, arranged in the form of a cylinder closed at one end.
mité et alimenté en mélange gaz-air par l'autre extrémité ouverte. mite and fed gas-air mixture through the other open end.
Une boite conique dont la pointe est orientée vers l'arrivée du A conical box whose tip is oriented towards the arrival of the
mélange à la base du brûleur, est placée à l'intérieur du cylin- mixture at the base of the burner, is placed inside the cylinder
dre pour maintenir une vitesse constante du mélange. Pour que to maintain a constant speed of the mixture. So that
l'effet de cette boite conique soit efficace, Il faut que l'écou- the effect of this conical box is effective, it is necessary that the
lement du mélange combustible entre le cylindre et le cône soit uniforme. Il est donc nécessaire de créer une perte de charge The fuel mixture between the cylinder and the cone should be uniform. It is therefore necessary to create a pressure loss
Importante qui ne peut être réalisée que par un filtre supplé- Important that can only be achieved by an additional filter
mentaire disposé à l'entrée du cylindre. placed at the entrance of the cylinder.
D'autre part le cylindre a des perforations aussi petites que possible pour éviter le retour de flammes; mais ces perforations doivent malgré tout avoir des dimensions suffisantes pour éviter le soufflage de la flamme notamment dans le cas o l'on utilise On the other hand the cylinder has perforations as small as possible to prevent the return of flames; but these perforations must still have sufficient dimensions to avoid the blowing of the flame especially in the case where one uses
des gaz à très faible vitesse dé propagation de flammes. gases with a very low flame spread rate.
L'invention a pour objet un brûleur cylindrique à prémélange d'air et de gaz soufflé, qui évite ces inconvénients en ce qu'il permet un excellent accrochage des flammes et une répartition uniforme du mélange gazeux dans le brûleur tout en diminuant The invention relates to a cylindrical burner premixed air and gas blown, which avoids these disadvantages in that it allows an excellent attachment of the flames and a uniform distribution of the gas mixture in the burner while decreasing
le nombre d'éléments constituant ce brûleur. the number of elements constituting this burner.
Suivant l'invention, le brûleur à prémélange comporte des ori- According to the invention, the premix burner comprises
fices de sortie de flammes obtenues par poinçonnage du métal et repoussage desbordures de l'orifice en saillies ou dentelures vers l'extérieur pour former des crevés répartis sur toute la firing flames obtained by punching the metal and pushing the edges of the orifice protruding or serrations outwards to form punctures distributed over the entire
périphérie d'un corps tubulaire afin que les flammes s'accro- periphery of a tubular body so that the flames
chent à ces saillies.to these projections.
Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, on - 3 dispose à l'intérieur du corps tubulaire une surface perméable en forme de tronc de cône perforé par exemple du genre d'un According to a complementary feature of the invention, there is arranged inside the tubular body a permeable surface in the form of a perforated truncated cone, for example of the type of a
tissu métallique dont la petite base est orientée vers la par- metal fabric whose small base is oriented towards the
tie fermée du brleur et dont la grande base est ouverte vers l'arrivée du mélange pour transformer le mouvement longitudinal closed part of the burner and whose large base is open towards the arrival of the mixture to transform the longitudinal movement
du mélange gazeux en mouvement radial uniforme. gaseous mixture in uniform radial motion.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clai- Other features of the invention will appear more clearly
rement à la lecture de la description suivante en référence aux following reading of the following description with reference to
dessins annexés qui représentent: - figure 1: - figure 2: - figure 3: une vue schématique en perspective du brûleur attached drawings which represent: - Figure 1: - Figure 2: - Figure 3: a schematic perspective view of the burner
conforme à l'invention.according to the invention.
une vue en perspective a plus grande échelle des - a perspective view on a larger scale of -
sorties de flamme du brûleur.burner flame outputs.
une vue schématique en coupe des orifices de sortie a schematic sectional view of the outlet orifices
de flammes.of flames.
- figure 4: une vue en coupe longitudinale du brêleur. - Figure 4: a longitudinal sectional view of the borer.
- figure 5: - figure 6: une vue schématique montrent l'orientation et la - Figure 5: - Figure 6: a schematic view show the orientation and the
permutation des orifices de sorties de flammes. permutation of the flame outlets.
une vue en perspective des sorties de flammes selon a perspective view of the flame outputs according to
une variante de l'invention.a variant of the invention.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 4, In the embodiment shown in FIGS. 1 and 4,
le brleur est formé par un corps tubulaire 1 obturé & son ex- the burner is formed by a closed tubular body 1 & its ex-
trémité supérieure par un disque 2 et alimenté en mélange gaz- upper hopper by a disk 2 and fed with a mixture of gas and
air par l'autre extrémité ouverte. air through the other open end.
Le corps tubulaire 1 comporte, uniformément répartis sur toute sa périphérie, des orifices 3 de sortie de flamme qui ont la forme de triangles sensiblement équilatéraux. Ces orifices 3 sont obtenus au moyen d'une presse dont la matrice est plus grande que The tubular body 1 comprises, uniformly distributed over its entire periphery, flame outlet orifices 3 which have the shape of substantially equilateral triangles. These orifices 3 are obtained by means of a press whose die is larger than
le poinçon de telle manière que le métal se déchire sans arrache- the punch in such a way that the metal tears without tearing
ment pour f0orer avec chaque orifice 3, trois saillies ou dente- each orifice 3, three protrusions or dente-
lures 4 (figure 2) dont les pointes sont orientées vers l 'exté- lures 4 (Figure 2), the tips of which point outwards.
rieur du corps tubulaire et sur lesquelles les élaguees viennent s'accrocher. 4- of the tubular body and on which the pruning hooks come to hang. 4-
Au niveau de chaque orifice 3, on obtient ainsi un crevé pyrami- At each orifice 3, a pyramidal burst is thus obtained.
dal dont la profondeur est égale à fois le côté du triangle dudit orifice et représente-la distance moyenne de coincement dal whose depth is equal to times the side of the triangle of said orifice and represents the average distance of jamming
afin d'éviter les retours de flamme. to avoid backfire.
Les saillies 4 présentent des irrégularités et la hauteur des crevés 5 est variable afin d'avoir un point o la vitesse de The protrusions 4 have irregularities and the height of the crevices 5 is variable so as to have a point where the speed of
l'écoulement gazeux est égale à la vitesse fondamentale de défla- the gas flow is equal to the fundamental velocity of defla-
gration. De plus on admet une irrégularité contrôlée dans les -dimensions des orifices 3 de façon à obtenir rigoureusement la surface totale exigée, mais avec des orifices présentant dans leurs dimensions des tolérances telles que les vitesses de sortie du mélange gazeux par orifice différent. L'espace 'b' (figure 3) entre la base et le sommet de chaque saillie 4 d'un même orifice 3 est compris entre 0,3 et 1,3 mm et la hauteur des saillies gration. Moreover, a controlled irregularity is admitted into the dimensions of the orifices 3 in order to obtain strictly the total surface required, but with orifices having in their dimensions tolerances such as the output velocities of the gaseous mixture by different orifice. The space 'b' (FIG. 3) between the base and the top of each projection 4 of the same orifice 3 is between 0.3 and 1.3 mm and the height of the projections
est comprise entre 1,5mm et 2 mm.is between 1.5mm and 2mm.
En se reportant à la figure 5, on voit que les crevés 5 forment des rangées longitudinales inclinées et symétriques. Les pointes Referring to FIG. 5, it can be seen that the slits 5 form inclined and symmetrical longitudinal rows. Peaks
des orifices 3 de sorties de flamme subissent une permutation cir- flame outlet orifices 3 undergo a circular permutation
culaire de telle manière que les intervalles "a" entre chaque sor- in such a way that the intervals "a" between each
tie de flamme adjacentes soient essentiellement irréguliers. adjacent flames are essentially irregular.
Les flammes 7 (figure 3) étant rapprochées les unes aux autres et en pression, il se crée entre chaque sortie de flamme 3, une dépression qui est accentuée par la permutation circulaire des The flames 7 (FIG. 3) being brought closer to each other and under pressure, a depression is created between each flame outlet 3, which is accentuated by the circular permutation of
orifices ce qui provoque des turbulences par divergence de l'écou- orifices which causes turbulence due to divergence of the
lement à la base des flammes et par conséquent des tourbillons 8 qui amènent une mise en recirculation et une réintroduction de gaz et de produits de combustion chauds provenant des parties de la flamme située plus en aval comme indiqué par la référence 9 the base of the flames and therefore vortices 8 which lead to recirculation and reintroduction of gas and hot combustion products from the parts of the flame further downstream as indicated by reference 9
sur la figure 3. Cela a pour effet d'augmenter la vitesse fonda- Figure 3. This has the effect of increasing the fundamental speed
mentale de déflagration à cet endroit et d'assurer une grande mentality of deflagration at this location and to ensure a great
plage de stabilité de flamme.flame stability range.
A l'intérieur du corps tubulaire 1, est placé un organe 20 qui Inside the tubular body 1 is placed a member 20 which
transforme le mouvement longitudinal du mélange gazeux en mouve- transforms the longitudinal movement of the gas mixture into movement
ment radial uniforme. Cet organe 20 a une surface de révolution - 5 - dont la génératrice peut s'exprimer par une équation de la forme S = AxR + K o A, K et n sont respectivement des paramètres et un exposant qui prennent en compte les caractéristiques physiques des fluides et les pertes de charge, S la surface intérieure, et x la hauteur. Des considérations mathématiques et physiques liées à la recherche d'une plus grande facilité de réalisation permettent de tronquer le sommet très plat de cette courbe génératrice. Les branches restantes symétriques par rapport à un axe peuvent dès lors être assimilées à deux droites, et la surface de révolution prend donc la forme d'un tronc de cône, dont les diamètres d1 de la petite base et d2 de la grande base sont reliés par la relation dl d2 2 x A1 étant un nouveau paramètre résultant de la transformation précédente et qui tient compte des caractéristiques physiques radial uniformity. This member 20 has a surface of revolution - 5 - whose generator can be expressed by an equation of the form S = AxR + K o A, K and n are respectively parameters and an exponent which take into account the physical characteristics of the fluids and pressure drops, S the inner surface, and x the height. Mathematical and physical considerations related to the search for a greater ease of realization allow to truncate the very flat top of this generating curve. The remaining symmetrical branches with respect to an axis can therefore be assimilated to two lines, and the surface of revolution thus takes the form of a truncated cone, whose diameters d1 of the small base and d2 of the large base are connected by the relation dl d2 2 x A1 being a new parameter resulting from the previous transformation and taking into account the physical characteristics
des fluides et des pertes de charge. fluids and pressure drops.
Cette simplification aboutit ainsi a unebien plus grande facilité de réalisation sans pour autant perturber la transformation de la vitesse longitudinale en vitesse radiale du mélange gazeux et This simplification thus leads to a much greater ease of implementation without disturbing the transformation of the longitudinal velocity into a radial velocity of the gas mixture and
l'uniformité des pressions.the uniformity of the pressures.
Ce tronc de cône réalisé en tissu métallique fin a sa petite base orientée vers la partie supérieure du corps tubulaire 1 et sa grande base sensiblement de même diamètre que ledit corps, de telle sorte que la totalité du mélange d'air et de gaz soit obligé de passer par les trous du tissu métallique pour atteindre le corps tubulaire 1. Il permet, dans le cas du mouvement turbulent rugueux du mélange gazeux, de transformer la vitesse verticale de ce mélange en vitesse horizontale uniforme sur toute la longueur du corps tubulaire. De plus, il sert d'ultime barrière au retour This truncated cone made of thin metal fabric has its small base oriented towards the upper part of the tubular body 1 and its large base substantially of the same diameter as said body, so that the entire mixture of air and gas is required. to pass through the holes of the metal fabric to reach the tubular body 1. It allows, in the case of rough turbulent movement of the gaseous mixture, to transform the vertical speed of this mixture in uniform horizontal velocity over the entire length of the tubular body. In addition, it serves as the ultimate barrier to return
de flamme.of flame.
Selon une variante de l'invention représentée à la figure 6, les orifices 10 de sorties de flamme sont circulaires et entourés - 6 - Chacun de deux saillies ou dentelures 11 de façon à constituer According to a variant of the invention shown in FIG. 6, the orifices 10 of flame outlets are circular and surrounded - 6 - Each of two protrusions or serrations 11 so as to constitute
avec lesdits orifices des crevés cylindriques 12. with said orifices of cylindrical punctures 12.
Ce brûleur cylindrique à prémélange d'air et de gaz soufflé This cylindrical burner with premixed air and blown gas
présente de nombreux avantages.has many advantages.
Tout d'abord, il permet d'éviter le soufflage et le retour First of all, it avoids the blowing and the return
de flamme par l'intermédiaire d'une part des saillies irré- of flame by means of irreversible projections
gulières ou dentelures au niveau de chaque orifice qui aug- gules or serrations at each orifice which increases
mentent l'effet de coincement des flammes et d'autre part par la forme et la hauteur variable des crevés qui augmentent l'effet de paroi contre le retour de flamme. Ensuite, il permet d'avoir une uniformité du champ des vitesses d'écoulement du mélange gazeux. Tous ces avantages sont obtenus en utilisant seulement un corps The flaring effect of the flames and the variable shape and height of the punctures increase the wall effect against backfire. Then, it makes it possible to have a uniformity of the field of flow velocities of the gaseous mixture. All these benefits are achieved by using only one body
tubulaire et un tronc de cône.tubular and a truncated cone.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation The invention is not limited to the embodiments
décrits mais en englobe.également toutes les variantes cons- described but also encompasses all the variants
tructives. -7-tructives. -7-
R EV EN D I CAT I ONSR EV IN D I CAT I ONS
1 Brûleur cylindrique à prémélange d'air et de gaz soufflé comprenant des orifices de sorties de flamme uniformément répartis caractérisé par le fait que les orifices (3-10) 1 cylindrical burner with premixed air and blown gas comprising uniformly distributed flame outlet orifices, characterized in that the orifices (3-10)
de sorties de flamme ont leurs bordures rabattues vers l'ex- of flame outlets have their edges folded towards the ex-
térieur du cylindre pour former des saillies irrégulières ou dentelures (4-11) constituant avec lesdits orifices des crevés (5-12) répartis sur toute la périphérie du corps tubulaire (1) pour l'accrochage des flammes et par le fait que l'on dispose à l'intérieur-dudit corps tubulaire un organe (20) transformant le mouvement longitudinal du interior of the cylinder to form irregular projections or serrations (4-11) constituting with said orifices punctured (5-12) distributed over the entire periphery of the tubular body (1) for attachment of the flames and by the fact that the disposed within said tubular body a member (20) transforming the longitudinal movement of the
mélange gazeux en mouvement radial uniforme. gaseous mixture in uniform radial motion.
2 / Brûleur que les et sont tituant / Brûleur que les et sont tituant 2 / Burner that are and which are tilting / burner that are and are tituant
selon la revendication 1 caractérisé par le fait. according to claim 1 characterized by the fact.
orifices (3)de sorties de flamme sont triangulaires orifices (3) of flame outlets are triangular
entourés de trois saillies ou dentelures (4) cons- surrounded by three projections or serrations (4) cons-
avec lesdits orifices des crevés pyramidaux (5). with said orifices of pyramidal punctures (5).
selon la revendication 1 caractérisé par le fait orifices (10) de sorties de flamme sont circulaires according to claim 1, characterized in that the orifices (10) of flame outlets are circular
entourés de deux saillies ou dentelures (11) cons- surrounded by two projections or serrations (11) consis-
avec lesdits orifices de crevés cylindriques (12). with said cylindrical puncture orifices (12).
4 / Brûleur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les languettes ou dentelures (4-11) résultant des crevés (5-12) ont une hauteur variable et sont orientés différemment 4 / Burner according to claim 1 characterized in that the tongues or serrations (4-11) resulting from the punctures (5-12) have a variable height and are oriented differently
d'une rangée à l'autre.from one row to another.
/ Brûleur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les orifices (3) ont une forme se rapprochant de triangles équilatéraux. 6 / Brûleur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'intervalle "a" entre les pointes des orifices (3) de Burner according to claim 2 characterized in that the orifices (3) have a shape approximating equilateral triangles. 6 / burner according to claim 2 characterized in that the interval "a" between the tips of the orifices (3) of
sorties de flamme adjacentes est variable. Adjacent flame outlets is variable.
/ Brûleur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'espace "b" entre la base et le sommet de chaque saillie ou dentelure (4)d'un même orifice (3) est compris entre Burner according to Claim 2, characterized in that the space "b" between the base and the top of each protrusion or serration (4) of the same orifice (3) is between
0,3 et 1,3 mm.0.3 and 1.3 mm.
80/ Brûleur selon la revendication 1 caractérisé par le fait 80 / Burner according to claim 1 characterized by the fact
que la hauteur des saillies ou dentelures (4-11) est com- that the height of the protrusions or serrations (4-11) is
prise entre 1,5 mm et 2 mm.between 1.5 mm and 2 mm.
/ Brûleur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'organe (20) intérieur au corps tubulaire (1) est une surface perméable en forme de tronc de cône perforé dont la petite base est orientée vers la partie fermée du corps Burner according to claim 1 characterized in that the member (20) inside the tubular body (1) is a permeable surface in the form of a perforated truncated cone whose small base is oriented towards the closed part of the body
tubulaire (1) et dont la grande base est ouverte vers l'arri- tube (1) and whose large base is open towards the
vée du mélange gazeux.of the gaseous mixture.
/ Brûleur selon la revendication 9 caractérisé par le fait que le rapport du diamètre di de la petite base sur le Burner according to claim 9, characterized in that the ratio of the diameter di of the small base to the
diamètre d2 de la grande base du tronc de cône répond sensi- diameter d2 of the large base of the truncated cone responds sensi-
blement à l'expression: % - d dl d2 = Ai - 2 x ou A1 est un paramètre tenant compte des caractéristiques physiques des fluides et des pertes de charge et x la hauteur to the expression:% - d dl d2 = Ai - 2 x where A1 is a parameter taking into account the physical characteristics of the fluids and the pressure drops and x the height
du tronc de cône.truncated cone.
/ Brûleur selon la revendication 9 caractérisé par le fait Burner according to claim 9, characterized by the fact
que le tronc de cône est réalisé en tissu métallique fin. that the truncated cone is made of thin metal fabric.
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