FR2562212A1 - DEVICE FOR SUPPLYING A PULSATORY FUEL AND COMBUSTION COMBUSTION CHAMBER - Google Patents
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass
Abstract
DISPOSITIF PERMETTANT D'ALIMENTER UNE CHAMBRE DE COMBUSTION PULSATOIRE EN CARBURANT ET EN COMBURANT. IL COMPORTE UN COLLECTEUR POUR LE COMBURANT ET DES ORIFICES D'INJECTION DUDIT COMBURANT AGENCES DE TELLE SORTE QUE LE COMBURANT SOIT INJECTE DANS LE COLLECTEUR AVEC UN MOUVEMENT TOURBILLONNAIRE. APPLICATION A LA COMBUSTION PULSATOIRE.DEVICE ALLOWING TO SUPPLY A PULSATORY COMBUSTION CHAMBER WITH FUEL AND OIL. IT INCLUDES A MANIFOLD FOR THE OXIDIZER AND INJECTION ORIFICES OF THE SAID OXIDIZER ARRANGED SO THAT THE COMBURANT IS INJECTED IN THE MANIFOLD WITH A VIRTUAL MOVEMENT. APPLICATION TO PULSATORY COMBUSTION.
Description
La présente invention concerne un dispositif permettant d'alimenter uneThe present invention relates to a device for feeding a
chambre de combustion pulsatoirepulsating combustion chamber
en carburant et en comburant.in fuel and in oxidizer.
La combustion pulsatoire d'un mélange de comburant et de carburant dans une chambre nécessite l'introduction The pulsating combustion of a mixture of oxidizer and fuel in a chamber requires introduction
dans cette chambre du mélange d'une manière intermittente. in this chamber of the mixture intermittently.
Il existe plusieurs possibilités de réaliser cette opération. On peut introduire le carburant en continu There are several possibilities to perform this operation. Fuel can be introduced continuously
et le comburant alternativement ou mélanger les deux compo- and the oxidant alternately or mix the two
sants et introduire le mélar.ge-séquentiellement. Le dispo- and introduce melargege-sequentially. The provision
sitif selon l'invention pelrmet d'iTjecter le carburant d'une According to the invention, the invention makes it possible to
manière continue et d'injecter séquenlaeie ent ie comburant. continuously and inject the oxidizer sequentially.
Lorsque le carburant est un hydrocarbure liquide tel que le fuel domestique et le comburant est de l'air, le choix de l'injection continue du fuel soulève certains problèmes qui peuvent être incompatibles avec l1utilisation à long terme de la chambre de combustion pulsatoireo Par&i ces problèmes, la propension ê l'encrassement du disposlitif d'alimentation est principalement due aux intervalles de temps pendant lesquels l'air n'étant pas injecté, la When the fuel is a liquid hydrocarbon such as home heating oil and the oxidant is air, the choice of continuous fuel injection raises certain problems which may be incompatible with the long-term use of the pulsating combustion chamber. problems, the propensity to fouling of the feed device is mainly due to the time intervals during which the air is not injected, the
combustion du fuel se fait en défaut d'air. fuel combustion is in air defect.
Dans les dispositifs connus tels que celui décrit dans la demande de brevet déposée par voie PCT sous le numéro 81 01454 Starting Method and device for combustion apparatus", l'air est injecté dans un collecteur qui entoure la tête d'injection du fuel. Des clapets stoppent l'injection de l'air quand la pression dans la chambre s'élève. Ce d spositif présente plusieurs inconvénien-s qui favorisent l'encrassement de la chambre. En particulier, la tête d'injection n'est pas au contact direct de l'air et elle n'est donc pas très bien refroidie. La tête d'injection a donc tendance à s'échauffer, d'autant plus que du fait de l'importance du volume disponible entre la chambre de combustion et les clapets, les gaz brûlés qui sont repoussés vers les clapets lors de l'élévation de pression dans la In known devices such as that described in the patent application filed by PCT under the number 81 01454 Starting Method and device for combustion apparatus ", the air is injected into a collector which surrounds the fuel injection head. Valves stop the injection of air when the pressure in the chamber rises.This device has several drawbacks that promote the clogging of the chamber.In particular, the injection head is not in contact the injection head tends to heat up, especially because of the large volume available between the combustion chamber and the valves, the flue gases that are pushed towards the valves during the pressure rise in the
chambre, risquent d'atteindre le niveau de la tête d'injec- chamber, may reach the level of the injection head
tion, la réchauffer et augmenter ainsi son encrassement. tion, warm it and thus increase its fouling.
En outre, dans ce dispositif, le jet d'air introduit est pratiquement vertical. Il existe donc un point mort entre le mouvement vertical et descendant de l'air et son mouvement In addition, in this device, the introduced air jet is virtually vertical. There is therefore a breakeven point between the vertical and downward movement of the air and its movement
vertical et ascendant qui précède la fermeture des clapets. vertical and ascending before closing the valves.
Lors de ce point mort,qui se produit deux fois par cycle, les parois de la chambre dans laquelle se fait le mélange ne sont plus balayées par le mélange gazeux, ce qui est propice During this dead point, which occurs twice per cycle, the walls of the chamber in which the mixture is made are no longer swept by the gas mixture, which is conducive
à l'encrassement.to fouling.
L'invention prévoit un dispositif qui permet de 1i0 pallier ces inconvénients et d'obtenir une combustion sous The invention provides a device which makes it possible to overcome these disadvantages and to obtain combustion under
un régime pulsatoire sans apparition notable d'encrassement. a pulsating regime without noticeable occurrence of fouling.
Pour cela, elle concerne un dispositif d'alimentation d'une For this, it concerns a feeding device of a
chambre de combustion pulsatoire en comburant et en carbu- combustion chamber with combustion and fuel
rant qui comprend essentiellement:which essentially comprises:
- un moyen d'injection du carburant, - a fuel injection means,
- des moyens d'injection Eu comburant, lesdits moyens entourant ladite tête d'injection et étant munis de clapets permettant l'injection intermittante dudit comburant selon les variations de la pression à l'intérieur de la chambre, - un canal intermédiaire, situé en amon-de la chambre de combustion et dans lequel est effectuée'Ia plus grande - Oxidizing injection means, said means surrounding said injection head and being provided with valves for the intermittent injection of said oxidant according to the variations of the pressure inside the chamber, - an intermediate channel, located in amon-of the combustion chamber and in which is performed'Ia larger
partie du mélange du carburant et du comburant. part of the mixture of fuel and oxidizer.
Selon l'invention, les moyens d'injection du comburant comprennent au moins deux canaux d'injection du comburant débouchant par l'intermédiaire desdits clapets dans un collecteur annulaire qui comprend au moins une paroi supérieure et une paroi inférieure et dont au moins une partie de la paroi inférieure a une forme convergente vers ledit canal intermédiaire, lesdits canaux d'injection du comburant étant inclines par rapport à l'axe du moyen d'injection du carburant de telle sorte que soit imparti au comburant un mouvement tourbillonnaire continuellement accéléré sous l'action combinée de la forme du collecteur According to the invention, the oxidant injection means comprise at least two oxidant injection channels opening through said valves in an annular manifold which comprises at least one upper wall and one lower wall and at least a part of which from the bottom wall has a shape convergent towards said intermediate channel, said oxidant injection channels being inclined with respect to the axis of the fuel injection means so that the oxidizer is imparted a continuously accelerated vortex movement under the combined action of the shape of the collector
et de l'inclinaison desdits canaux d'injection du comburant. and the inclination of said oxidant injection channels.
Selon une autre caractéristique préférentielle, le moyen d'injection du carburant est constitué par une tête According to another preferred feature, the fuel injection means is constituted by a head
d'injection située entièrement à l'intérieur du collecteur. injection located entirely inside the manifold.
256221.2256221.2
Celui-ci débouche préférentiellement au niveau supérieur This leads preferentially to the upper level
de la chambre intermédiaire.of the intermediate chamber.
Les avantages et d'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de The advantages and other features of the invention will appear more clearly on reading
la description suivante d'un mode de réalisation, descrip- the following description of an embodiment, descrip-
tion faite d'une manière non limitative en référence aux figures 1 à 3, dans lesquelles: - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un mode de réalisation, - la figure 2 est une vue d'un détail d'une partie du dispositif d'injection de comburant, - la figure 3 est une vue en coupe d'un premier moQde de réalisation d'un clapet de la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'un clapet, - la figure 5 est une coupe selon l'axe WVV de la figure 4, - la figure 6 représente un détail d'une variante de FIG. 1 is a fragmentary sectional view of one embodiment, FIG. 2 is a view of a detail of an embodiment of the invention, and FIG. part of the oxidizer injection device; FIG. 3 is a sectional view of a first embodiment of a valve of FIG. 1; FIG. 4 is a sectional view of a second embodiment. 5 is a section along the axis WVV of FIG. 4, FIG. 6 represents a detail of a variant of FIG.
réalisation de l'invention.embodiment of the invention.
La figure 1 est une vue partielle en coupe d'un dispositif (1) selon l'invention. Il est constitué par un Figure 1 is a partial sectional view of a device (1) according to the invention. It is constituted by a
corps (2) monté sur le col (3) d'une chambre (4) de combus- body (2) mounted on the neck (3) of a combustion chamber (4)
tion pulsatoire. Le corps (2) comporte deux parties, une plaque supérieure (5) et une pièce porte clapet (6). Ces deux pièces sont des pièces de révolution, symétriques pulsation. The body (2) has two parts, an upper plate (5) and a valve door part (6). These two pieces are parts of revolution, symmetrical
autour d'un axe (8).around an axis (8).
La plaque supérieure (5) est emboitée dans un carter (9) qui définit avec elle une chambre (10) pour l'admission de l'air. Elle comporte un alésage central (11) fileté et des alésages tels que (12). Les alésages (12) sont cylindriques et leurs axes sont inclinés par rapport à l'axe de révolution (8) et par rapport aux plans diamétraux de la plaque ainsi qu'il apparaîtra plus loin. En sa partie inférieure, la plaque (5) est munie d'un alésage central (20) de grand diamètre. Le fond (21) de cet alésage présente la forme d'une surface de révolution (22) dont la section par un plan diamétral est arrondie et d'une surface conique (23) The upper plate (5) is engaged in a housing (9) which defines with it a chamber (10) for the admission of air. It comprises a threaded central bore (11) and bores such as (12). The bores (12) are cylindrical and their axes are inclined with respect to the axis of revolution (8) and with respect to the diametrical planes of the plate as will appear below. In its lower part, the plate (5) is provided with a central bore (20) of large diameter. The bottom (21) of this bore has the shape of a surface of revolution (22) whose section by a diametral plane is rounded and a conical surface (23)
en prolongement de la surface de révolution (22). in extension of the surface of revolution (22).
La pièce porte clapet (6) comporte un alésage central (30) comprenant une partie conique (31), une partie évasée (32) et convergente, et une paroi (33). La courbure The valve member (6) has a central bore (30) comprising a conical portion (31), a flared (32) and convergent portion, and a wall (33). Curvature
de la partie (32) est circulaire et la paroi (33) de l'alé- part (32) is circular and the wall (33) of the
sage (30) est verticale dans la proximité immédiate (34) sage (30) is vertical in immediate proximity (34)
d'un alésage (45).a bore (45).
En partie supérieure de la pièce support, l'alésage central (30) définit avec la paroi supérieure de la pièce (6) In the upper part of the support part, the central bore (30) defines with the upper wall of the part (6)
un redan circulaire (37) s'appuyant sur la surface plane (23). a circular step (37) resting on the flat surface (23).
La pièce porte clapet est fixée au col (3) par une série de cinq boulons tels que (40) et comporte une paire The flap piece is attached to the neck (3) by a series of five bolts such as (40) and has a pair
d'électrodes d'allumage (41) et (42). ignition electrodes (41) and (42).
Le dispositif (1) est maintenu en place sur le col (3) par l'intermédiaire de tirants filetés (75) qui sont vissés dans des écrous (77) soudés sur une place d'appui (76) elle-même soudée au,col (3). Dans ce dispositif, représenté figure 1, toutes les pièces sont métalliques, sauf la pièce porte clapet qui est réalisée en une matière plastique présentant de bonnes qualités de résistance aux The device (1) is held in place on the neck (3) by means of threaded tie rods (75) which are screwed into nuts (77) welded to a support seat (76) itself welded to, collar (3). In this device, represented in FIG. 1, all the parts are metallic, except the valve door part, which is made of a plastics material having good resistance to
transferts thermiques par convexion. heat transfers by convection.
Le dispositif ainsi représenté fonctionne de la The device thus represented operates from the
manière suivante.following way.
On réalise tout d'abord une étape classique d'amorçage de la combustion pulsatoire et pour cela on First of all, a conventional stage of initiation of the pulsating combustion is carried out and for this purpose
injecte l'air par les alésages (12) dans le collecteur (100). injects the air through the bores (12) into the manifold (100).
Ce collecteur (100) est défini par la paroi (21) de l'alésage (20), les parois (31), (32) et (33) de l'alésage (30) et par l'alésage (45). Cette injection est faite à l'aid t dun ventilateur non représenté. La combustion est amorcée par un allumage haute tension réalisé par les électrodes (41) et (42). Apres la première explosion, quand la pression dans la chambre (4) et par suite dans le collecteur devient supérieur à la pression d'injection de l'air, les clapets (90) obturent les orifices d'injection (12). Le ventilateur est utilisé jusqu'à ce que le cycle de combustion pulsatoire soit parfaitement établi. En régime établi, les électrodes This manifold (100) is defined by the wall (21) of the bore (20), the walls (31), (32) and (33) of the bore (30) and the bore (45). This injection is made using a fan not shown. The combustion is initiated by a high voltage ignition produced by the electrodes (41) and (42). After the first explosion, when the pressure in the chamber (4) and subsequently in the manifold becomes greater than the air injection pressure, the valves (90) seal the injection ports (12). The fan is used until the pulse cycle is fully established. In steady state, the electrodes
ne sont plus utilisées.are no longer used.
Lors de son injection dans le collecteur (100), c'est-à-dire quand les clapets (90) sont ouverts, l'air se déplace selon un mouvement tourbillonnaire continuellement accéléré. Cette accélération est due à la forme convergente de la paroi inférieure du collecteur qui est pour cela continuement convergente. Le mouvement tourbillonnaire est dû à l'inclinaison des axes (110) des alésages tels que (12). En se référant à la figure 2, on voit que ces axes (110) sont inclinés d'une part par rapport au plan de la pièce (5), mais qu'ils sont aussi inclinés par rapport aux plans radiaux (111). L'angle a représenté sur la figure 2 peut être compris entre 90 et 45 , alors que l'angle e représenté sur la figure 1 est compris entre 45 et 70 C, ces valeurs n'étant données qu'à titre d'illustration, puisque la création du mouvement tourbillonnaire dépend aussi de la When it is injected into the manifold (100), i.e., when the valves (90) are open, the air moves in a continuously accelerated swirling motion. This acceleration is due to the convergent shape of the lower wall of the collector which is for this purpose continuously convergent. The vortex movement is due to the inclination of the axes (110) of the bores such as (12). Referring to Figure 2, we see that these axes (110) are inclined firstly relative to the plane of the workpiece (5), but they are also inclined relative to the radial planes (111). The angle represented in FIG. 2 can be between 90 and 45, while the angle e represented in FIG. 1 is between 45 and 70 ° C., these values being given for illustrative purposes only, since the creation of the swirling movement also depends on the
forme de collecteur.collector form.
Le fuel est injecté d'une manière continue par un gicleur ou tête d'injection (115) qui est vissé dans l'alésage (11). Le cône d'aspersion de l'injection est tel que l'impact des gouttes de fuel se fait en majeure partie en-dessous de l'alésage (45), c'est-i-dire dans le canal intermédiaire, The fuel is injected continuously by a nozzle or injection head (115) which is screwed into the bore (11). The spraying cone of the injection is such that the impact of the drops of fuel is mainly below the bore (45), that is to say in the intermediate channel,
correspondant à l'intérieur du col (3). corresponding to the inside of the neck (3).
Le mouvement tourbillonnaire de l'air est maintenu The swirling motion of the air is maintained
dans tout le collecteur ainsi que dans le canal intermédiaire. throughout the collector as well as in the intermediate channel.
On peut considérer que le canal intermédiaire constitue la zone de m6lange du carburant et du comburant, bien qu'il soit évidemunent fort possible qu'une partie du mélange ait déjà lieu dans la zone inférieure du coilecteur It can be considered that the intermediate channel constitutes the mixture zone of the fuel and the oxidant, although it is obviously very possible that a part of the mixture already takes place in the lower zone of the coil.
ou, au contraire, dans la chambre de combustion (4). or, on the contrary, in the combustion chamber (4).
Le fait que l'air soit injecté dans le collecteur (100) avec un mouvement tourbillonnaire présente l'avantage The fact that the air is injected into the collector (100) with a vortex movement has the advantage
particulier suivant.particular following.
Lors de la recompression des gaz brûlés et de la fermeture des clapets (90), l'air injecté reste toujours en mouvement même si la composante verticale de sa vitesse change de sens puisque la composante tangentielle ne sera jamais nulle. Ainsi la paroi inférieure du collecteur (100) During the recompression of the flue gases and the closure of the valves (90), the injected air remains in motion even if the vertical component of its speed changes direction since the tangential component will never be zero. Thus the lower wall of the collector (100)
sera toujours balayée et refroidie par un courant d'air. will always be swept and cooled by a draft.
Cet effet favorable est encore amélioré par le faible volume du collecteur et donc par la faible masse d'air This favorable effect is further improved by the low volume of the collector and therefore by the low air mass
susceptible d'être comprimée par la remontée des gaz brûlés. likely to be compressed by the rise of flue gases.
Le faible volume du collecteur est dû principalement à la forme convergente de sa paroi inférieure. Ce volume peut être encore diminué par modification de la forme de la The small volume of the collector is mainly due to the convergent shape of its lower wall. This volume can be further reduced by changing the shape of the
paroi supérieure.upper wall.
Dans le dispositif représenté aux figures 1 à 3, on a mentionné plus haut que la pièce porte clapet était en une matière thermiquement isolante. Cela a pour effet de limiter l'échauffement de la tête d'injection. Mais on peut In the device shown in Figures 1 to 3, it was mentioned above that the valve door part was a thermally insulating material. This has the effect of limiting the heating of the injection head. But we can
aussi prévoir de réaliser cette pièce en métal et d'inter- also plan to make this piece of metal and
poser entre elle et le canal intermédiaire un disque isolant qui permettra alors d'éviter les transferts de chaleur vers le haut, le disque isolant s'étendant sur toute la hauteur put between it and the intermediate channel an insulating disc that will then prevent heat transfer upwards, the insulating disc extending over the entire height
de l'alésage (45). -of the bore (45). -
On a représenté sur la figure 3 le détail de la FIG. 3 shows the detail of the
mise en place du clapet (90) sur la pièce porte clapet (6). placing the valve (90) on the valve door part (6).
Le clapet (90) est constitué par un anneau plat (120), déformable, de largeur supérieure à la largeur des alésages The valve (90) is constituted by a flat ring (120), deformable, of width greater than the width of the bores
(12). Il est maintenu en place entre le fond (21) de l'alé- (12). It is held in place between the bottom (21) of the
sage (20) et la paroi conique (31) de la pièce porte clapet wise (20) and the conical wall (31) of the valve door part
(6) sur laquelle il est en appui par son diamètre extérieur. (6) on which it is supported by its outer diameter.
La hauteur du redan circulaire (37) est supérieure à l'épaisseur de l'anneau plat de sorte que ce dernier peut se déplacer entre une position basse correspondant à l'ouverture du clapet et une position haute correspondant a sa fermeture. Comme la paroi (31) a une forme conique au niveau de l'anneau, la face inférieure de celui-ci n'est The height of the circular step (37) is greater than the thickness of the flat ring so that the latter can move between a low position corresponding to the opening of the valve and a high position corresponding to its closure. As the wall (31) has a conical shape at the level of the ring, the lower face thereof is not
jamais complètement plaquée contre la paroi (31). L'augmen- never completely pressed against the wall (31). THE INCREASE
tation de pression à l'intérieur du collecteur (100) est donc transmise à la face inférieure de l'anneau, ce qui pressure inside the manifold (100) is therefore transmitted to the underside of the ring, which
provoque la fermeture du clapet.causes the shutter to close.
Les clapets représentés sur les figures 4 et 5 procèdent d'un autre principe puisqu'il s'agit de clapets individuels (130) réalisés sous forme de pastilles (131) qui sont mobiles en translation à l'intérieur de plots de centrage (132), (133) et (134) fixés à la plaque (5) en étant montés en force dans des alésages borgnes. Selon ce mode de réalisation, la paroi (31) de la pièce porte The valves shown in FIGS. 4 and 5 proceed from another principle since they are individual valves (130) made in the form of pellets (131) which are movable in translation inside centering studs (132). ), (133) and (134) attached to the plate (5) by being force-fitted in blind bores. According to this embodiment, the wall (31) of the door piece
clapet (6) est horizontale en vis-à-vis des pastilles (131). valve (6) is horizontal vis-à-vis the pellets (131).
De façon à permettre la fermeture de ces clapets lors de l'augmentation de pression dans le collecteur (100), une rainure (135) est pratiquée dans la pièce porte clapet (6) en vis-à-vis de chaque clapet. Ainsi qu'il est plus particulièrement visible sur la figure 5, la rainure est orientée selon un axe (150) qui est symétrique de l'axe In order to allow the closure of these valves during the pressure increase in the manifold (100), a groove (135) is formed in the valve door part (6) vis-à-vis each valve. As is more particularly visible in FIG. 5, the groove is oriented along an axis (150) which is symmetrical to the axis
(110) par rapport au diamètre (111). (110) with respect to the diameter (111).
Ainsi que représenté sur la figure 6, l'alésage (12) peut être remplacé par une série d'alésages coaxiaux (140), chacun ayant la même orientation que celle définie pour les axes (12) en référence à la figure 2. Cette solution As shown in FIG. 6, the bore (12) can be replaced by a series of coaxial bores (140), each having the same orientation as that defined for the axes (12) with reference to FIG. solution
permet d'améliorer l'étanchéité des clapets. improves the sealing of the valves.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- The invention is not limited to the modes of
tion décrits, elle en englobe au contraire toutes les variantes, tant au point de vué des formes et des structures described, it encompasses all variants, so much so that shapes and
que du choix des matériaux utilisés. than the choice of materials used.
Ainsi, par exemple, l'alésage (45) représenté est divergent vers le canal intermédiaire. Mais on pourra prévoir de le réaliser soit parfaitement cylindrique, soit avec une Thus, for example, the bore (45) shown is diverging towards the intermediate channel. But we can expect to achieve it either perfectly cylindrical or with a
forme convergente vers le canal intermédiaire. convergent form towards the intermediate channel.
Claims (8)
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Family Applications (1)
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