FR2754332A1 - Burner for air and liquefied gas mixture - Google Patents

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Abstract

The mixing burner has a vaporising block (1) with a micro-chamber for premixing of the air and fuel (5) and dispersed as micro-droplets supplied with a liquid fuel under pressure by an injector (2,16) and primary air under pressure. The premix is fed under pressure towards the vanes of a compressor rotor (4). This cooperates with a secondary air flow to form a homogenous vapour in the chamber (8) at the annular end (23) if the block. An outlet nozzle (9) for the mixture is fixed to the annular end of the gasification chamber. The block is fixed onto the wall of the heater hearth.

Description

Brûleur de mélange air-fluide combustible liquide gazéifié.Gasified liquid fuel air-fluid mixture burner.

L'invention concerne les brûleurs à fluide combustible équipés de moyens d'amélioration de l'homogénéité du mélange air-fluide combustible des chaudières utilisant ce combustible.The invention relates to combustible fluid burners equipped with means for improving the homogeneity of the combustible air-fluid mixture of boilers using this fuel.

L'inconvénient principal des brûleurs de fluide combustible réside dans la difficulté à assurer une pulvérisation sous presion du fluide combustible, mazout par exemple, en microgouttelettes suffisamment fines et leur mélange homogène avec l'air dans le foyer des chaudières pour assurer une combustion complète.The main drawback of combustible fluid burners lies in the difficulty of ensuring pressure spraying of the combustible fluid, fuel oil for example, into sufficiently fine microdroplets and their homogeneous mixture with the air in the furnace hearth to ensure complete combustion.

La combustion insuffisante du mélange air-combustible engendre des particules de suie et des résidus polluants se répandant dans l'atmosphère, un rendement amoindri donc une consommation plus importante de combustible, un encrassement de la chaudière et des conduits de fumée.The insufficient combustion of the air-fuel mixture generates soot particles and polluting residues spreading in the atmosphere, a reduced efficiency therefore a higher consumption of fuel, fouling of the boiler and the smoke pipes.

Cet inconvénient se retrouve dans tous les types de chaudières à combustible liquide, domestiques ou industrielles. La pollution produite est importante, particulièrement dans les villes ou elle s'ajoute à celle produite par les différents types de véhicules à essence ou diesel.This drawback is found in all types of liquid fuel boilers, domestic or industrial. The pollution produced is significant, particularly in cities where it is added to that produced by the different types of petrol or diesel vehicles.

Le problème à résoudre est d'obtenir un mélange air-fluide combustible diffusé au niveau pré-moléculaire de tellr sorte qu'il soit totalement brulé, ne laisse subsister aucun résidu, suies, Nox etc., et donc n'engendre pas de pollution atmosphérique.The problem to be solved is to obtain a combustible air-fluid mixture diffused at the pre-molecular level so that it is completely burnt, leaves no residue, soot, Nox etc., and therefore does not cause pollution. atmospheric.

Le brûleur selon l'invention résoud complètement ce problème de façon très simple et fiable.The burner according to the invention completely solves this problem in a very simple and reliable manner.

Il réduit la consommation du fluide combustible de l'ordre de 20%, n'engendre pas de pollution et n'encrasse pas les chaudières et réduit le coût d'exploitation.It reduces the consumption of combustible fluid by around 20%, does not generate pollution and does not clog up the boilers and reduces the operating cost.

Le brûleur selon l'invention atteint ces objectifs en proposant un moyen original et simple de gazéification au niveau pré-moléculaire du mélange air-combustible liquide qui est projeté et brûlé dans le foyer des chaudières.The burner according to the invention achieves these objectives by proposing an original and simple means of gasification at the pre-molecular level of the liquid air-fuel mixture which is projected and burned in the furnace hearth.

Le combustible liquide est injecté sous pression dans une chambre de pré-mélange simultanément avec de l'air également sous pression, il s'y transforme en un nuage de microgouttelettes très fines qui traversent sous pression une paroi par une série de petits trous le dirigeant sous pression vers une hélice multi-pales de brassage et de fractionnement au niveau pré-moléculaire, le transformant en un gaz homogène sous pression qui s'éjecte et s'enflamme à la sortie de la buse du brûleur dans le foyer de la chaudière. The liquid fuel is injected under pressure into a premix chamber simultaneously with air also under pressure, it is transformed there into a cloud of very fine microdroplets which cross under pressure a wall by a series of small holes directing it under pressure to a multi-blade mixing and fractionating propeller at the pre-molecular level, transforming it into a homogeneous gas under pressure which is ejected and ignites at the outlet of the burner nozzle in the furnace hearth.

Le brûleur selon l'invention est décrit en détail dans le texte qui suit, en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif, dans lesquels sont montres: - figure 1, une coupe en élévation de l'ensemble du brûleur selon l'invention; - figure 2, un schéma d'installation dudit brûleur et de sa commande sur une chaudière à combustible liquide.The burner according to the invention is described in detail in the following text, with reference to the accompanying drawings given by way of non-limiting example, in which are shown: - Figure 1, a section in elevation of the entire burner according to the invention; - Figure 2, a diagram of installation of said burner and its control on a liquid fuel boiler.

Tel qu'il est représenté en coupe sur l'exemple de la figure 1, le brûleur de fluide combustible est inclu dans un bloc de gazéification 1 qui comporte un moyen d'injection du fluide combustible à pointeau réglable 2, coopérant avec une entrée d'air primaire sous pression 3 et une hélice 4 de brassage et de fractionnement du mélange combustible sous pression, une buse de sortie dans le foyer et des moyens de contrôle et de régulation du débit de fluide combustible et d'air sous pression. As shown in section in the example of FIG. 1, the combustible fluid burner is included in a gasification block 1 which comprises a means for injecting the combustible fluid with adjustable needle 2, cooperating with an inlet d primary air under pressure 3 and a propeller 4 for mixing and fractionating the pressurized fuel mixture, an outlet nozzle in the furnace and means for controlling and regulating the flow of combustible fluid and pressurized air.

Le bloc de gazéification 1 comporte en outre une micro-chambre 5 de pré-mélange aircombustible liquide en un nuage de très fines micro-gouttelettes, alimentée par une canalisation 6 en combustible liquide sous pression par le moyen 2 d'injection, et en air primaire sous pression par la canalisation 3. Une canalisation 7 introduit de l'air secondaire sous pression pour obtenir le rapport massique air-combustible liquide. Ledit pré-mélange sous pression est dirigé vers les pales de l'hélice 4 tournant à grande vitesse, effectuant un brassage et un fractionnement air-micro-gouttelettes de combustible au niveau prémoléculaire, le transformant en un gaz homogène dans une chambre 8 de gazéification ménagée dans ledit bloc 1. Une buse de sortie 9 (fig.2) du mélange gazéifié au rapport massique, est fixée sur l'extrémité annulaire 23 de la chambre de gazéification 8. Le bloc 1 est fixé sur la paroi du foyer de la chaudière, au droit d'un trou de passage de la buse à la sortie de laquelle le mélange gazéifié s'enflamme.The gasification unit 1 further comprises a micro-chamber 5 for liquid air fuel premix in a cloud of very fine micro-droplets, supplied by a line 6 with pressurized liquid fuel by means 2 of injection, and with air primary under pressure through line 3. A line 7 introduces secondary air under pressure to obtain the liquid air-fuel mass ratio. Said premix under pressure is directed towards the blades of the propeller 4 rotating at high speed, effecting a mixing and an air-micro-fuel droplet fractionation at the premolecular level, transforming it into a homogeneous gas in a gasification chamber 8 formed in said block 1. An outlet nozzle 9 (fig.2) of the gasified mixture at mass ratio, is fixed to the annular end 23 of the gasification chamber 8. Block 1 is fixed to the wall of the hearth of the boiler, in front of a nozzle passage hole at the outlet of which the gasified mixture ignites.

La micro-chambre de pré-mélange 5 est concentrique à un axe longitudinal XX', fermée par une paroi rapportée 10 percée annulairement de trous 11 de petit diamètre pour la sortie sous pression du pré-mélange vers les pales de l'hélice 4.The micro-pre-mixing chamber 5 is concentric with a longitudinal axis XX ′, closed by an attached wall 10 annularly pierced with holes 11 of small diameter for the pressurized outlet of the pre-mixing to the blades of the propeller 4.

L'hélice 4 de brassage et de fractionnement à grande vitesse du pré-mélange, est une hélice multi-pales très légère montée libre sur un palier disposé concentriquement à l'axe XX' et solidaire du bloc de gazéificationl. Ladite hélice 4 est entraînée en rotation à grande vitesse par au moins un jet prériphérique 14 d'air sous pression coopérant avec la projection annulaire sous pression du pré-mélange air-combustible liquide en très fines micro-gouttelettes sur ses pales. The propeller 4 for mixing and fractionating the premix at high speed, is a very light multi-blade propeller mounted freely on a bearing arranged concentrically to the axis XX 'and integral with the gasification block. Said propeller 4 is driven in rotation at high speed by at least one peripheral jet 14 of pressurized air cooperating with the annular projection under pressure of the liquid air-fuel premix in very fine micro-droplets on its blades.

L'air primaire, provenant de la canalisation 3 alimentant la micro-chambre de pré-mélange 5 est comprimé à une pression d'environ quatre bars et en ce que l'air secondaire provenant de la canalisation 7 est alimenté à une pression d'environ 1 à 2 bars.The primary air from line 3 supplying the pre-mix micro-chamber 5 is compressed to a pressure of about four bars and in that the secondary air from line 7 is supplied at a pressure of about 1 to 2 bars.

Le réglage du débit de fluide combustible est assuré au moyen d'un moteur électrique pas à pas 16 entraînant en rotation un système vis-écrou à pas fin, dans le sens approprié, déplaçant l'extrémité conique 17 du pointeau 2 de réglage fin du débit suivant les différentes allures de chauffe de la chaudière. Ce réglage peut être semi-automatique, voire manuel dans les petites chaudières individuelle avec un cadran gradué et une aiguille se déplaçant sur ces graduations sur lesquelles sont portées les allures de chauffe.The adjustment of the flow rate of combustible fluid is ensured by means of an electric stepping motor 16 driving in rotation a screw-nut system with fine pitch, in the appropriate direction, moving the conical end 17 of the needle 2 for fine adjustment of the flow rate according to the different heating stages of the boiler. This adjustment can be semi-automatic, or even manual in small individual boilers with a graduated dial and a needle moving on these graduations on which the heating stages are carried.

L'hélice 4 tourne dans un palier 20 solidaire de bras 21 d'un corps annulaire 22 centré et fixé sur une seconde partie annulaire 23 du bloc 1. Le palier de l'hélice peut être réalisé de différentes façons, par exemple sur roulements à billes, sur palier lisse ou sur des crapaudines dont l'une est réglable. Le palier doit offrir le moins de résistance possible au frottement pour que l'hélice puisse tourner à sa vitesse maximale, au moins 5.000 à 10.000 tours minute.The propeller 4 rotates in a bearing 20 secured to the arm 21 of an annular body 22 centered and fixed on a second annular part 23 of the block 1. The propeller bearing can be produced in different ways, for example on bearings with balls, on a plain bearing or on sliders, one of which is adjustable. The bearing must offer the least possible resistance to friction so that the propeller can rotate at its maximum speed, at least 5,000 to 10,000 rpm.

Pour conserver les caractéristiques de ce brûleur et sa fiabilité, il est préférable de filtrer le combustible liquide.To maintain the characteristics of this burner and its reliability, it is preferable to filter the liquid fuel.

La figure 2 montre un schéma d'installation dudit brûleur dans son bloc de gazéification 1, ses moyens d'alimentation et de commande sur une chaudière 25 à combustible liquide. I1 comporte un compresseur d'air 26, un réservoir tampon d'air comprimé 27, des moyens détendeurs sur les canalisations d'air primaire 3, et d'air secondaire 7, des manomètres 28, un réservoir à fluide combustible 29, une pompe 30 à fluide combustible à débit variable en fonction des allures de chauffe, un tableau 31 centralisant les moyens de contrôle et de programmation des débits réunis sous forme d'une centrale de servo-commande qui coordonne les paramètres de débit et de pression d'air et de combustible liquide en fonction des allures de chauffe programmées en agissant sélectivement sur le débit de la pompe 30 à combustible liquide, sur le moteur pas-à-pas 16 de réglage de position du pointeau 17 et sur des moyens de réglage de débit disposés sur les canalisations d'air primaire et d'air secondaire, munies chacune d'un détendeur à la pression correspondante et sur le débit du compresseur 26 par rapport à la pression résiduelle de réservoir tampon 27. FIG. 2 shows a diagram of installation of said burner in its gasification block 1, its supply and control means on a liquid fuel boiler 25. I1 comprises an air compressor 26, a compressed air buffer tank 27, pressure reducing means on the primary air 3 and secondary air 7 pipes, pressure gauges 28, a combustible fluid tank 29, a pump 30 with combustible fluid with variable flow according to the heating stages, a table 31 centralizing the means of control and programming of the flows combined in the form of a servo-control unit which coordinates the parameters of flow and air pressure and of liquid fuel as a function of the programmed heating stages by acting selectively on the flow rate of the liquid fuel pump 30, on the stepper motor 16 for adjusting the needle position 17 and on flow control means arranged on the primary air and secondary air pipes, each fitted with a pressure reducer at the corresponding pressure and on the flow rate of the compressor 26 relative to the residual pressure of the buffer tank 27.

Le nombre des brûleurs installés est fonction de la puissance de chauffe des chaudières. Pour les petites chaudières de chauffage domestique de maison ou pavillon, un modèle plus petit peut être prévu. The number of burners installed depends on the heating power of the boilers. For small domestic or house heating boilers, a smaller model may be provided.

Claims (7)

REVENDICATIONS:CLAIMS: 1 - Brûleur de mélange air-fluide combustible comportant un moyen d'injection du fluide combustible à pointeau réglable, coopérant avec une entrée d'air sous pression, une hélice de brassage du fluide combustible sous pression, et des moyens de contrôle et de régulation du débit de fluide combustible et d'air sous pression, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un bloc de gazéification (1 ) comprenant une microchambre de pré-mélange air-combustible liquide (5) en nuage de très fines micro-gouttelettes, alimentée en combustible liquide sous pression par un moyen d'injection (2, 16) et en air primaire sous pression, en ce que ledit pré-mélange sous pression est dirigé vers les pales d'une hélice (4) de surpression, de brassage et de fractionnement au niveau pré-moléculaire du pré-mélange, tournant à grande vitesse, en coopération avec de l'air secondaire, le transformant en un gaz homogène dans une chambre ( 8) de gazéification ménagée dans l'extrémité annulaire (23) du corps (1), en ce qu'une buse (9) de sortie du mélange gazéifié au rapport massique, est fixée sur l'extrémité annulaire (23) de la chambre de gazéification (8), en ce que le bloc (1) est fixé sur la paroi du foyer de la chaudière, au droit d'un trou de passage de la buse à la sortie de laquelle le mélange gazéifié s'enflamme.1 - Burner of combustible air-fluid mixture comprising a means for injecting the combustible fluid with adjustable needle, cooperating with an inlet for pressurized air, a propeller for stirring the combustible fluid under pressure, and control and regulation means of the flow of combustible fluid and pressurized air, characterized in that it consists of a gasification block (1) comprising a micro-chamber of liquid air-fuel premix (5) in a cloud of very fine micro- droplets, supplied with pressurized liquid fuel by an injection means (2, 16) and with pressurized primary air, in that said pressurized premix is directed towards the blades of an overpressure propeller (4), of mixing and fractionation at the pre-molecular level of the premix, rotating at high speed, in cooperation with secondary air, transforming it into a homogeneous gas in a gasification chamber (8) formed in the end annular (23) of the body (1), in that a nozzle (9) for output of the gasified mixture at the mass ratio, is fixed on the annular end (23) of the gasification chamber (8), in that the block (1) is fixed to the wall of the boiler hearth, in line with a hole for passage of the nozzle at the outlet of which the gasified mixture ignites. 2 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la micro-chambre de pré-mélange (5) est fermée par une paroi rapportée (10 ) percée annulairement de petits trous (11) de sortie du pré-mélange.2 - Burner according to claim 1, characterized in that the micro-premix chamber (5) is closed by an attached wall (10) annularly pierced with small holes (11) for leaving the premix. 3 - Brûleur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'hélice ( 4) de brassage et de fractionnement à grande vitesse du pré-mélange, est une hélice multi-pales très légère montée libre sur un palier disposé concentriquement à l'axe XX et solidaire du bloc (1).3 - Burner according to claims 1 and 2, characterized in that the propeller (4) stirring and fractionation at high speed of the premix, is a very light multi-blade propeller mounted freely on a bearing arranged concentrically to the 'axis XX and integral with the block (1). 4 - Brûleur selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'hélice (4 ) est entraînée en rotation par au moins un jet prériphérique d'air (14) sous pression coopérant avec la projection annulaire sous pression du pré-mélange air-combustible liquide en nuage de microgouttelettes sur ses pales.4 - Burner according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the propeller (4) is rotated by at least one peripheral air jet (14) under pressure cooperating with the annular projection under pressure of the pre- liquid air-fuel mixture in a cloud of microdroplets on its blades. 5 - Brûleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'air primaire alimentant la micro-chambre de pré-mélange (5) est comprimé à une pression d'environ quatre bars et en ce que l'air secondaire est alimenté à une pression d'environ 1 à 2 bars. 5 - Burner according to one of claims 1 and 2, characterized in that the primary air supplying the micro-premix chamber (5) is compressed to a pressure of about four bars and in that the air secondary is supplied at a pressure of approximately 1 to 2 bars. 6 - Brûleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réglage du débit de fluide combustible alimentant la micro-chambre (5) de pré-mélange, est assuré au moyen d'un moteur électrique pas à pas (16) entraînant en rotation, dans le sens approprié, par l'intermédiaire d'un système à vis-écrou à pas très fin, le pointeau (2) de réglage du débit.6 - Burner according to one of claims 1 and 2, characterized in that the adjustment of the flow rate of combustible fluid supplying the micro-chamber (5) of premixing, is ensured by means of an electric stepping motor ( 16) driving in rotation, in the appropriate direction, by means of a screw-nut system with very fine pitch, the needle (2) for adjusting the flow rate. 7 - Brûleur selon l'une des revendications 1, 4, 5 et 6, caractérisé en ce qu'une centrale de servo-commande coordonne les paramètres de débit et de pression d'air et de combustible liquide en fonction des allures de chauffe programmées en agissant sélectivement sur le débit de la pompe (30) à combustible liquide, sur le moteur pas-à-pas (16) de réglage du pointeau (2) et sur les moyens de réglage de débit disposés à la sortie du réservoir tampon (27 ) d'air comprimé sur les canalisations (3, 7) d'alimentation en air primaire et en air secondaire, munies chacune d'un détendeur à la pression correspondante et sur le débit du compresseur (26) par rapport à la pression résiduelle de réservoir tampon (27). 7 - Burner according to one of claims 1, 4, 5 and 6, characterized in that a central servo-control coordinates the parameters of flow and pressure of air and liquid fuel according to the programmed heating stages by acting selectively on the flow rate of the liquid fuel pump (30), on the stepping motor (16) for adjusting the needle (2) and on the flow adjustment means arranged at the outlet of the buffer tank ( 27) of compressed air on the primary and secondary air supply pipes (3, 7), each provided with a pressure reducer at the corresponding pressure and on the flow rate of the compressor (26) relative to the residual pressure buffer tank (27).
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