FR2558570A1 - Thermal reactor for improving the combustion efficiency of a burner. - Google Patents

Thermal reactor for improving the combustion efficiency of a burner. Download PDF

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    • F23M9/06—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in fire-boxes
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Abstract

The object of the invention is a thermal reactor for equipping a flame burner 1. In the tubular body 4, the frustoconical shield 7 returns the flame 2, whose gases pass through their peripheral gap 9, whilst the end deflector 18 mixes the flow. Application: improving combustion efficiency; fuel economizer.

Description

La presente invention est relative à un réacteur thermique d'un type nouveau , destine à équiper un brûleur à flamme , en vue d'ameliorer le rendement de la combustion . Un tel réacteur peut être utilisé sur les applications les plus diverses , notamment pour équiper , dans le foyeur d'une chaudière , un brûleur alimente en un combustible liquide , tel que du mazout , ou d'autres hydrocarbures pétroliers. The present invention relates to a thermal reactor of a new type, intended to equip a flame burner, with a view to improving the combustion efficiency. Such a reactor can be used in the most diverse applications, in particular to equip, in the furnace of a boiler, a burner supplied with a liquid fuel, such as fuel oil, or other petroleum hydrocarbons.

On sait qu'un brûleur à mazout de type connu produit une flamme de combustion à l'intérieur d'un foyer de chaudière ou analogue . Les dimensions de la flamme sont d' autant plus grandes que la puissance de chauffage du brûleur est plus forte . On sait que cela conduit à des difficultés, car - d'une part , il est souhaitable d'éviter que la flamme ne
vienne en permanence au contact des parois du foyer , sous
peine de détériorer ces parois , à la fois par corrosion
chimique , par oxydation , et par contraintes thermiques ; - d'autre part , lorsque la flamme vient au contact des parois
relativement froides du foyer , le rendement local de la
combustion diminue , ce qui se manifeste par l'apparition
de produits imbrûlés ou de suies ;; - enfin , la présence d'une flamme nue dans le foyer fait
apparaitre une répartition des températures locales qui est
très peu homogène d'un point à l'autre du foyer , ce qui
nuit egalement au rendement de la combustion.It is known that a known type oil burner produces a combustion flame inside a boiler hearth or the like. The larger the flame size, the higher the heating power of the burner. We know that this leads to difficulties, because - on the one hand, it is desirable to prevent the flame from
permanently come into contact with the walls of the hearth, under
pain of damaging these walls, both by corrosion
chemical, by oxidation, and by thermal constraints; - on the other hand, when the flame comes into contact with the walls
relatively cold from the fireplace, the local yield of the
combustion decreases, which is manifested by the appearance
unburnt products or soot; - finally, the presence of an open flame in the hearth
appear a distribution of local temperatures which is
very little homogeneous from one point to another of the focus, which
also affects combustion efficiency.

La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients , en réalisant un réacteur destine à être placé à l'intérieur du foyer , dans la flamme et autour d'elle, pour ameliorer à la fois le rendement de combustion et la tenue en endurance des parois du foyer. The object of the present invention is to avoid these drawbacks, by producing a reactor intended to be placed inside the hearth, in the flame and around it, in order to improve both the combustion efficiency and the endurance resistance. of the walls of the hearth.

Par ailleurs , un tel reacteur étant soumis à des cobtraintes thermiques particulièrement sévères , 1' invention vise à lui conferer une structure supportant convenablement le fonctionnement dans des conditions aussi sévères. Furthermore, since such a reactor is subjected to particularly severe thermal stresses, the invention aims to give it a structure suitably supporting operation under such severe conditions.

Un reacteur thermique selon l'invention ,des tiné à être placé sur le nez d'un brûleur à flamme , comprend un corps tubulaire cylindrique en acier réfractaire , et il est caractérisé en ce qu'il. comporte en combinaison les élé- ments suivants - l'extrémité libre du corps cylindrique tubulaire va en se
rétrécissant pour se terminer par une ouverture d'extré
mité dont la section transversale est inférieure à la sec
tion transversale interne du corps tubulaire ;; - à l'intérieur du corps tubulaire est fixé un bouclier cen
tral transversal qui se raccorde avec un jeu périphérique
sur la paroi du corps cylindrique qui l'entoure
Suivant une autre caractéristique de l'incention , le bouclier central interne a la forme générale d' un cône creux dont la base circulaire est raccordée avec un jeu périphérique à la paroi du corps tubulaire , tanndis que la pointe du cône est dirigée vers l'aval de la flamme
Suivant une autre caractéristique de l'invention , le bcuclier central tronconique comporte trois pattes qui en dépassent radialement , pour assurer sa fixation en venant s'encliqueter à fond dans trois ouvertures correspondantes prévues dans la paroi du corps tubulaire.A thermal reactor according to the invention, tines to be placed on the nose of a flame burner, comprises a cylindrical tubular body of refractory steel, and it is characterized in that it. has the following elements in combination - the free end of the tubular cylindrical body
narrowing to end with an opening
moth whose cross section is less than dry
internal transverse tion of the tubular body; - inside the tubular body is fixed a cen shield
transverse tral which is connected with a peripheral clearance
on the wall of the cylindrical body which surrounds it
According to another characteristic of the invention, the internal central shield has the general shape of a hollow cone whose circular base is connected with a peripheral clearance to the wall of the tubular body, tanndis that the tip of the cone is directed towards the downstream of the flame
According to another characteristic of the invention, the frustoconical central shield has three tabs which protrude radially therefrom, in order to ensure its fixing by coming to snap fully into three corresponding openings provided in the wall of the tubular body.

Suivant une autre caractéristique de l'invention , l'extrémité libre retrécie du corps tubulaire est coiffée extérieurement par un déflecteur annulaire que des pattes , raccordées sur le nez du corps tubulaire , maintiennent avec un jeu périphérique autour de l'extrémité rétrécie de ce corps tubulaire. According to another characteristic of the invention, the narrowed free end of the tubular body is capped externally by an annular deflector which lugs, connected to the nose of the tubular body, maintain with peripheral play around the narrowed end of this body tubular.

Suivant une autre caractéristique de l'invention , le déflecteur annulaire d'extrémité comporte trois pattes réparties autour de sa périphérie , qu'-on fixe sur le nez du corps tubulaire par soudage ou par vissage
Suivant une autre caractéristique de 1' invention , l'extrémité amont du corps tubulaire est équipée d'une embase en matière céramique isolante
Suivant une autre caractéristique de l'invention , l'embase en matière céramique isolante est simplement emboîtée dans l'extrémité correspondante du corps tubulaire du réacteur , et elle est maintenue en place par serrage entre le corps tubulaire et le nez du brûleur
Suivant une autre caractéristique de l'invention , l'embase isolante en céramique a une forme générale de révolution , avec une gorge annulaire à section méri dienne en arc de cerle dans la face avant située autour de la base de la flamme.According to another characteristic of the invention, the annular end deflector has three tabs distributed around its periphery, which is fixed on the nose of the tubular body by welding or by screwing
According to another characteristic of the invention, the upstream end of the tubular body is equipped with a base made of insulating ceramic material
According to another characteristic of the invention, the base made of insulating ceramic material is simply fitted into the corresponding end of the tubular body of the reactor, and it is held in place by clamping between the tubular body and the burner nose.
According to another characteristic of the invention, the insulating ceramic base has a general shape of revolution, with an annular groove with meridian section in a circular arc in the front face situated around the base of the flame.

Suivant une autre caractéristique de l'invention , l'extrémité amont du corps tubulaire du réacteur comporte plusieurs tiges filetées orientées longitudinalement vers l'arrière , et destinées à venir se boulonner sur le nez du brûleur , après interposition de l'embase en céramique entre le corps tubulaire et le brûleur
Le dessin annexé , donne à titre d'exemple non limitatif , permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention.According to another characteristic of the invention, the upstream end of the tubular body of the reactor comprises several threaded rods oriented longitudinally rearward, and intended to be bolted to the nose of the burner, after interposition of the ceramic base between the tubular body and the burner
The appended drawing, given by way of nonlimiting example, will allow a better understanding of the characteristics of the invention.

Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un réacteur thermique selon l'invention , monté sur le nez d'un brûleur
Figure 2 est une section méridienne de 1' embase en céramique
Figure 3 est une vue éclatée de l'ensemble des éléments constituant le réacteur
Figure 4 est une vue en pespective du bouclier central
Figure 5 en est une vue en plan.Figure 1 is a longitudinal sectional view of a thermal reactor according to the invention, mounted on the nose of a burner
Figure 2 is a meridian section of one ceramic base
Figure 3 is an exploded view of all the elements constituting the reactor
Figure 4 is a perspective view of the central shield
Figure 5 is a plan view.

Figure 6 en est une coupe suivant VI - VI ( figure 5)
On a représente sur les dessins un brûleur 1 de type connu , qui est prévu pour produire une flamme de combustion 2 . Ce brûleur 1 possede un socle 2
Selon l'invention , on y adapte un réacteur thermique 3 , qui comporte un corps tubulaire 4 , en acier réfractaire . Ce corps tubulaire 4 est de forme générale cy cylindrique , son extrémite libre se terminant par un nez 5 rétréci , débouchant sur l'extérieur par une ouverture 6 .La section transversale de cette ouverture 6 est inférieure à la section transversale interieure du corps 4 dans sa partie cylindrique
A l'intérieur du corps 4 , est fixé un bouclier transversal 7 , qui se présente sous la forme d'un cône creux dont le sommet 8 est orienté vers l'aval de la flamme 2.Figure 6 is a section along VI - VI (Figure 5)
There is shown in the drawings a burner 1 of known type, which is intended to produce a combustion flame 2. This burner 1 has a base 2
According to the invention, a thermal reactor 3 is adapted to it, which comprises a tubular body 4, made of refractory steel. This tubular body 4 is of generally cylindrical cy shape, its free end ending in a narrowed nose 5, opening to the outside through an opening 6. The cross section of this opening 6 is less than the inside cross section of the body 4 in its cylindrical part
Inside the body 4, a transverse shield 7 is fixed, which is in the form of a hollow cone, the top 8 of which is oriented downstream of the flame 2.

La base circulaire du cône 7 se raccorde avec un jeu périphérique 9 avec la paroi interieure environnante du corps 4 .Pour
réaliser cette fixation , on prévoit préférablement sur le bouclier central 7 , trois pattes radiales 10 , destinées à venir s'encliqueter dans des ouvertures non représentées découpées dans la partie correspondante de la paroi du corps 4.The circular base of the cone 7 is connected with a peripheral clearance 9 with the surrounding interior wall of the body 4.
this fixing is preferably provided on the central shield 7, three radial tabs 10, intended to snap into openings not shown cut out in the corresponding part of the wall of the body 4.

A sa base , le corps cylindrique tubulaire 4 est pourvu de vis longitudinales 11 , qui dépassent vers 1' arrière . Dans l'exemple illustré , on a supposé que ces vis 11 sont au nombre de quatre . Elles sont destinées à traverser le socle 2 du brûleur 1 , pour recevoir des boulons de fixation 12
Entre l'extrémité du corps tubulaire 4 et le socle 2 , on serre une embase 13 , qui se présente sous la forme d'un solide de revolution , en céramique isolante . Des encoches telles que 14 , sont préférablement prévues latéralement , sur l'embase 13 , pour laisser passer les vis 11
L'embase 13 a une forme de révolution à part les encoches 14 . Sur sa face avant , l'embase 13 comporte autour de son alésage central 15 , une gorge annualire 16 dont la section méridienne est sensiblement en arc de cercle.At its base, the tubular cylindrical body 4 is provided with longitudinal screws 11, which protrude towards the rear. In the example illustrated, it has been assumed that these screws 11 are four in number. They are intended to pass through the base 2 of the burner 1, to receive fixing bolts 12
Between the end of the tubular body 4 and the base 2, a base 13 is clamped, which is in the form of a solid of revolution, made of insulating ceramic. Notches such as 14, are preferably provided laterally, on the base 13, to allow the screws 11 to pass
The base 13 has a form of revolution apart from the notches 14. On its front face, the base 13 comprises around its central bore 15, an annual groove 16 whose meridian section is substantially in an arc.

Cette section présente un intérêt pour définir dans l'écoulement gazeux , une turbulence orientée suivant la direction de la flèche 17.This section is of interest for defining in the gas flow, a turbulence oriented in the direction of arrow 17.

Enfin , autour du nez rétréci 5 , 0'extrémité aval du corps 4 est coiffée par un déflecteur annulaire 18 muni de trois pattes de fixation 19 , réparties autour de sa périphérie . Ces pattes sont destinées à être fixées par soudage ou par boulonnage sur l'extrémité aval du corps 4 . Dans l'exemple illustré sur la figure 3 , on a supposé que la fixation s'effectuerait par la mise en place de vis dans les encoches 20 des pattes 19 , ces vis traversant ensuite des ouvertures 21 , prévues à cet effet sur le nez 5 du corps 4
ne fonctionnement est le suivant
L'ensemble étant monté sur le nez du bru- leur 1 , comme indiqué sur la figure 1 , la flamme 2 vient frapper la partie centrale concave du bouclier 7 . Elle a donc tendance à revenir comme indiqué par les flèches 22 , pour s' épanouir jusqu'à la périphérie du bouclier 7 . Elle passe alors à travers le jeu périphérique 9 de ce bouclier ( flèche 23) alors qu'une partie est renvoyée dans le fond au niveau de la gorge 16 de l'embase 13
Les gaz sont ensuite retardés par passage dans la section rétrécie du nez 5 n et enfin ils sortent pour partie dans la zone centrale , comme indiqué par les fleches 24 , alors qu'une autre partie de l'écoulement passe entre le nez 5 et le déflecteur 8 ( flèche 25 -jeu périphérique 26)
On voit donc que les gaz de combustion sont , pour la plupart , confinés à l'intérieur du corps 4 dont le métal est ainsi chauffé , pour rayonner tout autour de lui , dans l'infra-rouge . Le trajet suivi par les differents courants de gaz de combustion conduit à obtenir une combustion complète , sans pour autant observer de pertes de chaleur appréciables . Ainsi , c'est pour l'essentiel ,le corps 4 chauffé au rouge , qui rayonne dans l'infra-rouge pour chauffer le foyer environnant de la chaudière Finally, around the narrowed nose 5, the downstream end of the body 4 is capped by an annular deflector 18 provided with three fixing lugs 19, distributed around its periphery. These tabs are intended to be fixed by welding or by bolting to the downstream end of the body 4. In the example illustrated in FIG. 3, it has been assumed that the fixing would be carried out by placing screws in the notches 20 of the tabs 19, these screws then passing through openings 21, provided for this purpose on the nose 5 body 4
does work is as follows
The assembly being mounted on the nose of the burner 1, as indicated in FIG. 1, the flame 2 strikes the concave central part of the shield 7. It therefore tends to return as indicated by the arrows 22, to flourish up to the periphery of the shield 7. It then passes through the peripheral clearance 9 of this shield (arrow 23) while a part is returned to the bottom at the level of the groove 16 of the base 13
The gases are then delayed by passing through the narrowed section of the nose 5 n and finally they leave partly in the central zone, as indicated by the arrows 24, while another part of the flow passes between the nose 5 and the deflector 8 (arrow 25 - peripheral clearance 26)
It can therefore be seen that the combustion gases are, for the most part, confined inside the body 4, the metal of which is thus heated, to radiate all around it, in the infrared. The path followed by the various streams of combustion gas leads to complete combustion, without however observing appreciable heat losses. Thus, it is essentially, the body 4 heated to red, which radiates in the infrared to heat the surrounding hearth of the boiler

Claims (9)

REVENDICATIONS 1 - Réacteur thermique destiné à être placé sur le nez d'un brûleur à flamme (1) , comprenant un corps tubulaire cylindrique (4) en acier réfractaire , et caractérisé en ce qu'il comporte , en combinaison , les éléments suivants -l'extrémite libre du corps cylindrique tubulaire (4) va en 1 - Thermal reactor intended to be placed on the nose of a flame burner (1), comprising a cylindrical tubular body (4) made of refractory steel, and characterized in that it comprises, in combination, the following elements -l free end of the tubular cylindrical body (4) goes se rétrécissant pour former un nez (5) qui se termine par narrowing to form a nose (5) which ends in une ouverture d'extrémité (6) dont la section transversale an end opening (6) whose cross section est inférieure à la section transversale interne du corps is less than the internal cross section of the body tubulaire (4) ; - à l'intérieur du corps tubulaire (4) est fixé un bouclier tubular (4); - inside the tubular body (4) is fixed a shield transversal (7) qui se raccorde avec un jeu périphérique transverse (7) which is connected with a peripheral clearance (9) sur la paroi du corps cylindrique (4) qui l'entoure. (9) on the wall of the cylindrical body (4) which surrounds it. 2 - Réacteur thermique suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le bouclier interne (7) a la forme générale d'un cône creux dont la base circulaire est raccordée avec un jeu périphérique (9) à la paroi du corps tubulaire (4) , tandis que la pointe (8) du cône est dirigée vers l'aval de la flamme (2). 2 - Thermal reactor according to claim 1, characterized in that the internal shield (7) has the general shape of a hollow cone whose circular base is connected with a peripheral clearance (9) to the wall of the tubular body (4) , while the tip (8) of the cone is directed downstream of the flame (2). 3 - Réacteur thermique suivant la revendication 2 , caractérisé en ce que le bouclier tronconique (7) comporte trois pattes (10) qui en dépassent radialement , pour assurer sa fixation en venant s'encliqueter à force dans trois ouvertures correspondantes prévues dans la paroi du corps tubulaire (4). 3 - Thermal reactor according to claim 2, characterized in that the frustoconical shield (7) has three legs (10) which protrude radially therefrom, to ensure its fixing by coming to snap into force in three corresponding openings provided in the wall of the tubular body (4). 4 - Réacteur thermique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que le nez d'extrémité rétréci (5) du corps tubulaire (4) est coiffé extérieurement par un déflecteur annulaire (18) qu'un que des pattes (19) , raccordées sur le nez (5) du corps tubulaire (4) , maintiennent avec un jeu périphérique (26) autour du nez de ce corps tubulaire (4). 4 - Thermal reactor according to any one of the preceding claims, characterized in that the narrowed end nose (5) of the tubular body (4) is capped externally by an annular deflector (18) than by lugs (19 ), connected to the nose (5) of the tubular body (4), maintain with a peripheral clearance (26) around the nose of this tubular body (4). 5 - Réacteur thermique suivant la revendication 4 ,caractérisé en ce que le déflecteur annulaire d'extrémité (18) comporte trois pattes (19) réparties autour de sa péri phérie , qu'on fixe sur le nez (5) du corps tubulaire (4) par soudage ou par vissage. 5 - Thermal reactor according to claim 4, characterized in that the annular end deflector (18) has three legs (19) distributed around its periphery, which is fixed on the nose (5) of the tubular body (4 ) by welding or screwing. 6 - Réacteur thermique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que l'ex trémite amont du corps tubulaire (4) est équipée d'une embase (13) an matière ceramique isolante 6 - Thermal reactor according to any one of the preceding claims, characterized in that the ex upstream hopper of the tubular body (4) is equipped with a base (13) in insulating ceramic material 7 - Réacteur thermique suivant la revendication 6 , caractérisé en ce que 1 'embase (13) en matière cé- ramique isolante est simplement emboitée dans l'extrémité correspondante du corps tubulaire (4) du réacteur (3), et maintenue en place par serrage entre le corps tubulaire (4) et le socle (2) du brûleur (1). 7 - thermal reactor according to claim 6, characterized in that one base (13) of insulating ceramic material is simply fitted into the corresponding end of the tubular body (4) of the reactor (3), and held in place by clamping between the tubular body (4) and the base (2) of the burner (1). 8 - Reacteur thermique suivant la revendication 7 , caractérisé en ce que l'embase isolante (13) en ceramique a une forme génerale de revolution , avec une gorge annulaire (16) à section méridienne en arc de cercle dans la face avant situee autour de la base de la flamme (2). 8 - Thermal reactor according to claim 7, characterized in that the insulating base (13) in ceramic has a general shape of revolution, with an annular groove (16) with meridian section in an arc of a circle in the front face located around the base of the flame (2). 9 - Reacteur thermique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que l'extrémité amont du corps tubulaire (4) du réacteur (3) comporte plusieurs tiges filetées (11) orientées longitudinalement vers l'arrière , et destinées à venir se boulonner sur le socle (2) du brûleur (1) , après interposition de l'embase en ceramique (13) entre le corps tubulaire (4) et le brûleur (1)  9 - Thermal reactor according to any one of the preceding claims, characterized in that the upstream end of the tubular body (4) of the reactor (3) comprises several threaded rods (11) oriented longitudinally towards the rear, and intended to come bolt to the base (2) of the burner (1), after interposition of the ceramic base (13) between the tubular body (4) and the burner (1)
FR8401512A 1984-01-24 1984-01-24 Thermal reactor for improving the combustion efficiency of a burner. Withdrawn FR2558570A1 (en)

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