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"Perfectionnements aux brûleurs pour combustible gazeux" Cas A
L'invention a pour ohjet un brûleur permettant de brûler un combustible liquide, gazeux ou pulvérisé, ce brûleur étant du type qui peut être plongé dans un li- quide et chauffer ce dernier par le contact direct évec le liquide de la flamme et des gaz brûlés qui s'échappent du brûleur. Dans les brûleurs de ce type, il est, pour des raisons techniques, très important d'obtenir que la combustion soit complète à l'intérieur du brûleur lui- même de sorte que les gaz s'échappent à une température très élevée et ne renferment plus de constituants non brûlés qui seraient refroidis et resteraient par suite
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non brûlés après leur entrée dans la masse liquide.
Pour obtenir cet effet technique désirable, la chambre de mélange doit être organisée de façon à donner un mélange parfait, sans possibilité de retour de flamme. Elle ne doit pas non plus pouvoir s'échauffer exagérément et la chambre de combustion doit être à température élevée et d'une capacité suffisante pour permettre à la combustion complète de s'effectuer dans cette chambre. Mais, en même temps, la chambre de combustion doit être protégée contre les températures, capables de la porter à la fu- sion, qui peuvent se dévelbpper dans certaines substances liquides dans lesquelles le brûleur peut être plongé, par exemple s'il est immergé dans du métal fondu.
L'invention est principalement caractérisée par une chambre de combustion réfractaire tubulaire, d'un diamètre intérieur et d'une longueur appropriée et par un tube de mélange parcouru à grande vitesse doué d'une longueur appréciable et d'un diamètre intérieur plus petit ,que le tube de combustion, tout en étant en communication libre avec ce dernier. Le tube de mélange est en une matière conductrice de la chaleur ou refroidie de façon à éviter son échauffement exagéré.
En fonctionnement, les constituants combustibles qui parviennent au tube de mélange sont complètement mé- langés pendant leur passage le long de ce tube et sont complètement brûlés à l'intérieur de la chambre de combus- tion réfractaire. La vitesse du mélange dans le tube de mélange est plus grande que la vitesse de propagation de la flamme dans ce mélange, résultat que l'on peut obtenir en réduisant le diamètre intérieur du tube de mélange et en agissant sur la pression à laquelle arrive le mélange combustible.
Les dispositifs qui servent à amener l'air et le combustible sont convenablement disposés de manière à
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provoquer le mélange de l'air et du combustible et à im- primer une vitesse considérable au oourant qui traversa le tube de mélange.
Comme, pendant le fonctionnement, les parois de la chambre de combustion sont incandescentes ou tout au moins visiblement brûlantes, il ne suffit pas que la vitesse de passage dans le tube, de mélange excède la vitesse de pro- pagation de la flamme pour éviter un retour de flamme. Il est en l'effet possible que les surfaces incandescentes chauffent par radiation les parties situées en arrière.
En donnant au tube de mélange parcouru à grande vitesse une longueur apprèciable, la chaleur qu'émettent les sur- faces incandescentes de la chambre de combustion se trou- ve dissipée sur toute la longueur du tube et tout retour de flamme est rendu impossible.
Pendant le fonctionnement, la surface intérieure, de la chambre de combustion se trouve constamment à une température de 850 C. ou même supérieure, et une surface chauffée à ce point exerce une action catalytique sur les constituants du mélange combustible qui viennent en con- tact avec elle. Cette action a pour effet de compléter la combustion qui, ainsi, s'opéra entièrement dans la chambre de combustion de sorte que, seuls, des gaz brûlés s'échappent de la buse du brûleur. Cette buse à, de pré- férence, une forme telle qu'elle donne une veine rétécie de sorte que, à leur sortie, les gaz incandescents pren- nent une/grande vitesse et pénètrent ainsi dans la masse liquide à chauffer.
La grande vitesse de sortie des gaz évite des stagnations et des courants en retour, de sorte que le mélange combustible qui est en train de brûler ne peut pas être dilué par des gaz. Des dispositifs élas- tiques sont utilisés pour maintenir ensemble les divers organes, de sorte que les pièces en matière réfractaire
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ne peuvent être abîmées et que la dilatation et la contrac- tion sont rendues possibles. En disposant convenablement les arrivées d'air et de combustibles, on peut placer à une extrémité du brûleur une fenêtre qui permet d'observer la flamme dans la chambre de combustion.
Sur les dessina on a représenté divers modes de réa- lisation de l'invention.
La figure 1 est une coupe longitudinale et
La figure 2 une élévation d'une construction simple.
La figure 3 est une coupe longitudinale d'une variante, faite par la ligne 111-111 (figure 5).
Les figures 4 et 5 sont des coupes de cette variante par IV-IV et V-V.
Les figures 6 à 8 sont des coupes longitudinales d'au- tres variantes et
La figure 9 est une coupe horizontale d'une partie de la figure 8.
Dans les figures 1 et 2 on voit en a une chambre verticale munie en b d'un rebord destiné à recevoir un embout réfractaire c rétraint. Un tube réfractaire n en- touré d'une garniture d'amiante w est placé dans cette chambre et vient buter contre l'embout c. Une rondelle m portant une partie saillante ml vient buter contre le tube n, la partie ml pénétrant dans l'orifice du tube n. Le tube de mélange f parcouru à grande vitesse, est un tube de métal disposé de manière à venir s'appuyer contre la rondelle m. Ce tube porte une bride g, percée, qui s'enfile sur des goujons filetés e portés par une bride d disposée à l'arrière de l'enveloppe a. Le diamètre intérieur du tube f est plus étroit que celui du tube réfractaire n. La raison de cette disposition sera expliquée ultérieurement.
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Un ajutage i servant à l'amende du combustible et de l'air est fixé par une bride percée h sur les goujons e¯ et maintenu par des ressorts k comprimés par des écrous 1. Par suite, les divers organes sont maintenues appliqués l'un contre l'autre par des dispositifs élastiques, ce qui évite tout risque de bris de la matière réfractaire et ce qui permet des dilatations et des contractions sans aucun danger. On voit en o et ±. des garnitures formant joints étanches.
Ltajutage i comprend une chambre d'air annulaire 9 . avec un raccord d'arrivée a et une chambre centrale ± dans laquelle l'air arrive par des lumières t, L'injec- teur de combustible u traverse la chambre r et débouche dans une ouverture conique ménagée dans la paroi antérieure de cette chambre. Il est relié en v à l'arrivée de com- bustible. Le gaz ou tout autre combustible provenant de l'injecteur u pénètre dans le tube f en même temps que l'air qui passe par l'ouverture conique de la chambre r.
Dans le tube f se produit le mélange du combustible et de l'air. La longueur du tube est telle que ce mélange puisse s'effectuer parfaitement et que l'on évite tout risque de retour de flamme dû à la chaleur rayonnée par les parois incandescentes de la chambre de combustion n.
En raison du fait que le diamètre du tube f est relativement étroit, le combustible et l'air traversent ce tube à grande vitesse, pourvu que le combustible (ou bien l'air et le combustible) soient fournis à la pression voulue. Cette vitoooo dépassa colle de la propagation de la flamme de sorte que la combustion ne peut se produire dans le tube de mélange f qui reste à la température voulue en raison de sa conductibilité et du refroidissement intérieur et ex- térieur auquel il est soumis. Le mélange qui sort par le raccord m se détend instantanément en perdant sa vitesse
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dans le tube réfractaire n qui est d'un diamètre inté- raeur plus grand et qui constitue la chambre de combus- tion .
Une fois le mélange allumé dans cette chambre,ses parois sont portées à une température très élevée de sorte que le mélange qui pénètre dans la chambre et qui vient en contact avec les surfaces chauffées est complè- tement brûlé, des gaz brûlés sortant seuls à travers la buse c. La forme particulière de cette buse .± imprime une vitesse convenable aux gaz qui s'échappent. Ceux-ci sont donc violemment projetés dans le liquide dans lequel plonge la chambre de combustion ou une partie de cette chambre. Il n'y a pas de risque que ces gaz reviennent à nouveau dans la chambre de combustion.
Dans la variante des figures 3 à 5, dne chemise de refroidissement 1 entoure le tube de mélange 2. Une cham- bre 3 portant une ouverture 4 qui permet la mise en place d'un dispositif d'allumage ou d'une bougie d'allumage opm # munique par une ouverture 5 avec le tube 2. On peut souf- fler de l'air à travers le trou 6 pour balayer le brûleur au début d'une opération. L'ajutage d'arrivée 7 comprend une chambre d'air 8 et une chambre de combustible 9 sépa- rées par une cloison 10. Un injecteur 11 traverse les deux chambres en leur milieu. L'arrière de l'ajutage est fermé par une glace de verre 12 fixée par un bouchon 13. Une rondelle 14 disposée entre l'ajutage 7 et le tube de mé- . lange peut dépasser intérieurement, comme on le voit, de manière à régler le passage de l'air provenant de la cham- bre 8.
Le gaz ou autre combustible passe de la chambre 9 à l'injecteur 11 par les lumières 15. On peut changer l'in- jecteur 11 de la chambre 7 ainsi que les rondelles 14, des organes de diverses dimensions pouvant être utilisés. A cet effet l'ajutage 7 peut être retira tout entier en dévis- sans les vis 16. Il est donc possible de réaliser diverses admissiones d'air et de combustible en remplaçant un injec- teur 11 ou une rondelle 14 par un injecteur ou une rondelle
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différents. Avant de pénétrer dans le tube 2, le courant d'air et de combustible passe à travers un arrêt de flam- me 17 constitué par une grille ou par un réseau de tubes fins.
On voit en 18 et 19 des orifices d'entrée et de sortie de l'eau pour la chemise de refroidissement 1. L'extrémité postérieure du tube réfractaire de combustion 20 est cen- trée par un joint à emmanchement sur le raccord 21 qui est appuyé, avec interposition d'un joint étanche 22, ,,,contre l'extrémité antérieure au tube de mélange, Une rondelle d'étanchéité 23 est interposée entre le tube 20 et le tube 2. L'extrémité antérieure du tube 20 est cen- très dans un embout 24 avec interposition d'un joint 25, l'embout 24 comportant lui-même un joint 26 entre lui et la bride '27, de la chambre cylindrique 28.
L'extrémité postérieure de la chambre 28 forme un creux à l'intérieur duquel peut pénétrer une pièce, l'étanchéité du joint coulissant étant assurée par des rondelles d'étanchéité
29 disposées autour de la chemise de refroidissement 1.
Le centrage du tube de combustion 20 laisse un espace libre pour l'air, 30, entre ce tube et la cham- bre 28. Il est également bon de laisser unléger vide entre la chemise de refroidissement 1 et la chambre 28, comme on le voit figure 3. Le brûleur doit être monté en utilisant la bride 31 qui est munie dans ce but de trous 36. La chambre de mélange entourée de la chemise
1 porte, tout autour de son extrémité postérieure, un cer- tain nombre de trous 32 dans lesquels on enfile des gou- jons 33 fixés sur la bride 31.
Des substances élastiques
34 sont appliquées contre les bossages percés 32 par des écrous 35 de sorte que toutes les pièces sont maintenues par l'appui de leurs extrémités à +'intérieur de la cham- bre 28 grâce à des dispositifs de serrage élastique
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qui assurent des joints étanches sans risquer de briser les pièces.
On allume, avant d'avoir mis la pression totale, en passant une flamme ou en fixant une bougie d'allumage en 4 dans la chambre d'allumage 3, On augmente ensuite la pression, de manière à accroître la vitesse dans le tube de mélange à grande vitesse 2, jusqu'à ce que cette vi- tesse dépasse celle de propagation de la flamme. De la sorte la flamme se déplace vers l'avant le long du tube
2 jusqu'à la chambre de combustion 20 où la combustion se poursuit et où la chaleur s'accumule. En raison de la vitesse du courant dans le tube 2 et du refroidissement énergique de ce tube, tout retour de flamme est impos- sible tant que les donditions de travail normales sont maintenues.
Dans la figure 6 la chemise de refroidissement 41 du tube de mélange à grande vitesse 42 est prolongée et entoure la paroi réfractaire 43 de la chambre de com- bustion de manière 4 éviter une surchauffe dans les opé- rations qui s'effectuent à haute température. L'ex- térieur 45 du brûleur peut être garni d'un revêtement 44 résistant aux acides s'il doit être immergé dans un li- quide corrosif. Les autres organes sont analogues à ceux de la figure 3.
Dans une autre variante représentée figure 7 l'exté- rieur 71 est en matière réfractaire, en une seule/pièce avec la chambre de combustion 72. Ces deux parties sont séparées par une chemise 73 et l'ensemble forme, en 74, un ajutage rétréci. L'extrémité opposée de la chambre 72 est également rétrécie en 75 jusqu'au diamètre du tube 76 de mélange.
Une bride de fixation 77 porte une couronne 79, en saillie, qui lui est fixée par des via 78. Cette couronne
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à son tour porte un bord replié 80 qui vient flaire pres- sion sur un anneau élastique dans la garniture 81 et l'ap- plique contre le rebord 82 de la pièce 71. L'espace 73 peut être rempli d'air ou contenir une matière isolante sous for- me granuleuse ou autre. Le tube de mélange 76 porte une chemise de refroidissement 83.
Un revêtement métallique 84 avec un rebord 85 dirigé vers Intérieur' est ajusté dans la bride 77 et pénètre dans la partie extérieure qui entoure le tube de mélange et sa chemise, En 86 se trou- ve une garniture de glissement. Une garniture étanche 87 forme joint étanche entre le,:bride 77 et le rebord 82 du revêtement extérieur. Entre la chambre de combustion et le tube de mélange se trouve un autre joint 88. La partie extérieure 71 et la chambre de combustion 72 peuvent aussi être constituées par deux pièces distinctes assemblées suivant la ligne 89. L'ajutage d'arrivée d'air et de combustible est fixé par les dispositifs élastiques 32 à 35 décrits à propos de la figure 3.
Cette fixation élastique et les garnitures élastiques entre les organes permet d'employer, pour l'enveloppe extérieure, une matière réfractaire sans risque de bris.
Le mode de construction des figures 8 et 9 est en grande partie analogue celui de la figure 7, mais la chambre de combustion renferme une pièce 91 formant ajutage rétréci en 93 et une pièce 92 dont le diamètre se rétrécit en 94. L'enveloppe extérieure 95 est en matière réfrac- taire et est fixée à la bride 81 comme dans la figure 7.
Autour du tube de mélange 98 de trouve une seconde paroi 97 formant chemise et une paroi intermédiaire 98, L'air de refroidissement arrive en 100, se rend dans la partie extérieure de la chemise, passe dans l'espace intérieur de cette chemise en 99 et s'échappe en 101. -L'air chaud peut être utilisé pour alimenter la combustion. La figure 9 montre une chambre d'allumage 102 munie d'un orifice 104
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qui débouche dans la chambre da mélange à grande vitesse; juste en avant de l'arrêt de.retour de flamme 103.