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PERFECTIONNEMENTS AUX: SYSTEMES POUR FOURNIR A UN BRULEUR UN COURANT ATOMISE,
CONSTANT. DE COMBUSTIBLE LIQUIDE.
La présente invention est relative aux systèmes d'alimentation d' huile combustible, utilisant des atomiseurs mécaniques du type à courant ou circulation de retour. Elle est particulièrement, mais non exclusivement, u- tilisable dans les systèmes d'alimentation de combustible liquide, agencés pour fournir un combustible liquide, tel que l'huile combustible, de l'essen- ce, du kérosène, de l'alcool, etc... à un faible débit, par exemple à un dé- bit de 1/4 à 2 galons par heure, ces débits étant suffisants pour les besoins du chauffage dans la plupart des systèmes de chauffage ménagers et dans cer- tains autres systèmes. L'expression "huile combustible", telle qu'elle est uti- lisée dans le présent mémoire, englobe tous les combustibles liquides.
Les atomiseurs mécaniques du type à courant ou circulation de retour se caractérisent par une chambre de tourbillonnement centrale, à la- quelle de l'huile combustible est fournie, à une pression sensiblement cons- tante, par des passages tangentiels, en sorte qu'un mouvement tourbillon- - nant est communiqué à l'huile dans cette chambre, une partie de cette huile svant déchargée, sous forme d'un jet, à travers un petit orifice, tandis qu' une autre partie de cette huile quitte la chambre de tourbillonnement par un orifice ou par des orifices communiquant avec un tuyau, par lequel l'huile re- tourne à la source d'alimentation.
La quantité d'huile combustible éjectée d' un atomiseur de ce type, sous forme d'un jet, peut être contrôlée en réglant le débit d'huile dans le tuyau de retour, ce dernier étant équipé d'une sou- pape commandée manuellement ou autrement. Ces atomiseurs du type à courant ou circulation de retour conviennent particulièrement pour de faibles débits d'huile combustible, parce que leur débit total plus grand d'huile combustible requiert des dimensions intérieures plus grandes et produit un effet de re- froidissement et de nettoyage, ce qui réduit grandement la tendance au boucha- ge par la crasse ou les résidus dhuile combustible.
Aussi longtemps que la température de l'huile passant dans l'ato- miseur reste sensiblement constante, la viscosité de l'huile est sensiblement constante et la quantité d'huile éjectée de l'atomiseur sous forme d'un jet,
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à des fins de combustion, ne variera pas de manière appréciable, si la pres- sion dans le tuyau de retour est maintenue constante. Toutefois, dans de nom- breux systèmes de chauffage, la température de l'huile combustible dans le réservoir d'alimentation peut varier considérablement, en particulier lorsque le réservoir se trouve à l'air libre.
La demanderesse a trouvé que ces varia- tions dans la température de l'huile fournie à l'atomiseur peuvent provoquer des variations considérables dans la quantité d'huile éjectée, sous forme d' un jet, par l'atomiseur, à des fins de combustion. Ces variations sont dues à des changements dans la viscosité de l'huile combustible, qui présente une viscosité plus faible aux températures élevées qu'aux basses températures.
Il est, toutefois, incorrect de prétendre que la quantité d'huile combustible éjectée d'un atomiseur du type susmentionné est plus grande lorsque l'huile est à température élevée et présente, dès lors, une faible viscosité, que si cette huile est à basse température et présente une forte viscosité. En fait, c'est le contraire qui est vrai et la demanderesse suppose que ceci est dû au fait que, lorsque la température de l'huile est élevée et sa viscosité faible, un tourbillonnement plus rapide de l'huile dans l'atomiseur et une résistance moindre au passage de l'huile dans le tuyau de retour, dont la section est supérieure à celle de l'orifice d'éjection, donnent lieu à une diminution de la quantité totale d'huile s'échappant par l'orifice d'éjec- tion.
Normalement, il peut se produire une augmentation d'environ 20 F dans la température de l'huile combustible, pendant son amenée du réservoir d' alimentation à l'atomiseur et pendant son passage dans celui-ci. Si le ré- servoir d'alimentation se trouve à l'air libre et si la température de l'huile y contenue est de 0 F, la température de l'huile dans l'atomiseur peut être d' environ 20 F, mais, si la température de l'huile dans le réservoir d'alimen- tation est de 80 F, cette température peut atteindre 100 F environ dans l'a- tomiseur. Dès lors, lorsque l'huile combustible contenue dans le réservoir d'alimentation peut se trouver à des températures aussi diverses, une différen- ce considérable dans la viscosité de l'huile se manifeste dans la chambre de tourbillonnement de l'atomiseur.
En raison de ce fait, il peut se produire des différences considérables dans la quantité d'huile éjectée de l'atomiseur, sous forme d'un jet, pour les besoins de la combustion.
Un objet important de la présente invention consiste à maintenir sensiblement constante la quantité d'huile éjectée, sous forme d'un jet, d'un atomiseur dans un système du type mentionné ci-dessus, nonobstant des varia- tions dans la température de l'huile. Un autre objet de l'invention est d'em- pêcher que de l'huile ne retourne du tuyau de retour dans l'atomiseur et sorte de celui-ci par son orifice d'éjection, lorsque le système est mis hors ser- vice, par interruption de la fourniture d'huile à l'atomiseur.
Suivant la présente invention, dans un système pour fournir à un brûleur un courant atomisé et constant de combustible liquide sujet à des varia- tions de viscosité dues à des changements dans sa température, on prévoit un atomiseur de combustible du type à courant ou circulation de retour, des moy- ens pour fournir du combustible à cet atomiseur sous une certaine pression, un tuyau ou conduit de retour pour éloigner le combustible non atomisé dudit atomiseur et un dispositif d'étranglement prévu dans ledit tuyau ou conduit, ce dispositif comportant des moyens sensibles à la température,
baignés par le combustible traversant le dispositif et agencés pour augmenter l'effet d' étranglement dudit dispositif lors d'une augmentation de la température du combustible et pour diminuer l'effet d'étranglement dudit dispositif lors d'une diminution de la température du combustible, en sorte que le débit de combus- tible atomisé est maintenu sensiblement constant, nonobstant des variations dans sa température.
Suivant une autre particularité de l'invention, on prévoit dans le tuyau ou conduit de retour de l'atomiseur un dispositif de réglage de la pression, qui répond automatiquement aux variations de températures de l'huile passant à travers le dispositif précité, et exerce sur l'huile s'écoulant dans le tuyau ou conduit de retour un effet d'étranglement, qui est plus élevé aux
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hautes températures de l'huile qu'aux basses températures de celle-ci, et qui, lors de l'interruption de l'alimentation en huile,empéche tout retour de combustible vers l'atomiseur. '
L'invention ressortira de la description suivante, en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un système de contrôle de l'alimentation en combustible liquide suivant l'invention ;
- la figure 2 est une coupe du nouveau régulateur de pression em- ployé dans ce système, et - la figure 3 est, à plus grande échelle, une coupe montrant la structure de l'élément sensible à la température, du régulateur de pression.
A la figure 1, on voit qu'un atomiseur mécanique d'huile combusti- ble 4 du type à courant ou circulation de retour est alimenté à partir d'un ré- servoir à huile 6, à une pression sensiblement constante grâce à une pompe à huile 8. La sortie de retour de l'atomiseur 4, est reliée, par l'intermédiai- re d'un régulateur de pression 10 ( du type illustré à la figure 2 et décrit ci-après ), au réservoir à huile 6. Comme il apparaîtra ci-après, le régula- teur de pression 10, que traverse l'huile revenant de l'atomiseur 4, se carac- térise par le fait qu'il contient un élément sensible à la température de 1' huile et agissant de manière à augmenter et à diminuer l'effet d'étranglement du régulateur sur l'huile le traversant, selon que la température de l'huile augmente ou diminue.
En d'autres termes, lorsque le régulateur de pression 10 a été réglé de manière à exercer un effet d'étranglement sur l'huile retour- nant au réservoir 6 de fagon que l'atomiseur éjecte de l'huile combustible au débit voulu, le régulateur de pression 10 continuera à fonctionner en réponse aux diverses températures de l'huile, en sorte que l'effet d'étranglement du régulateur maintiendra sensiblement constante la quantité d'huile éjectée de l'atomiseur.
A la figure 2, qui illustre la structure du régulateur de pres- sion 10, on voit que le régulateur se compose d'un bottier en deux parties 12 et 14 munies de brides ou rebords coopérants, qui sont assujettis l'un à l'au- tre par des boulons 15. Un diaphragme circulaire flexible 16 en Néoprène ou en une autre matière appropriée, dont le bord est serré entre les brides ou re- bords des parties 12 et 14 du bottier, est monté à l'intérieur de ce bottier et sert d'élément de soupape mobile. On verra que la partie 14 du bottier pré- sente une chambre 18 présentant une ouverture 20 pour l'écoulement d'huile et entourée d'une lèvre circulaire 22, qui ooopère avec le diaphragme 16 et sert de siège de soupape.
La partie 14 du bottier comporte également une cuvette circulaire 23 disposée à l'extérieur de et concentriquement à ladite lèvre 22.
Cette cuvette 23 comporte également une ouverture 24 d'écoulement d'huile. A- vec le diaphragme 16 coopère un élément d'appui consistant en une plaque cir- culaire 26, dont le moyeu 27 présente un trou central dans lequel est vissé un boulon 28, sur lequel est monté un écrou 30 coopérant avec le boulon et avec le moyeu 27 de la plaque 26. Il ressort clairement du dessin que la plaque 26 faisant partie de l'élément d'appui coopère avec le côté supérieur du diaphrag- me 16 et que la plaque 26 s'étend vers l'extérieur au voisinage de la lèvre 22 et, de préférence, vers le bord extérieur de cette lèvre.
Ainsi, la plaque 26 limite le fléchissement vers le haut du diaphragme 16 à la partie de ce dernier, qui se trouve comprise entre le bord extérieur de la plaque 26 et les brides ou rebords du bottier entre lesquels est serré le bord du diaphragme 16. A la figure 2, l'intervalle montré entre le diaphragme 16 et la lèvre 22 et le flé- chissement du diaphragme sont exagérés, afin de faire comprendre que, lors du fonctionnement du régulateur, l'huile s'écoule de la chambre 18, par dessus la lèvre 22, jusque dans la cuvette 23.
Comme le diaphragme 16 n'est assujetti à la plaque 16 qu'en son centre, rien ne retient le diaphragme éloigné de son siège 22, si ce n'est la pression de l'huile circulant entre le siège et la partie adjacente du diaphragme et, lorsqu'aucune pression n'agit ou lorsqu'on se trouve en présence de la moindre pression négative, le diaphragme vient im- médiatement s'appliquer sur son siège. Comme seule une mince pellicule d'huile
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sépare le diaphragme de son siège, il ne se produit pratiquement pas de dé- placement d'huile, lorsque le diaphragme vient s'appliquer sur son siège.
Dans la partie 12 du boîtier se trouve un ressort en spirale 32, qui, à son extrémité inférieure, coopère avec la plaque 26 de l'élément d'appui et, à son extrémité supérieure, avec un disque 34 coopérant avec une vis 36 vissée dans un trou ménagé à la partie supérieure de la partie 12 du boîtier. On comprendra que la vis 36 peut être réglée, de manière à amener le ressort 32 à exercer une pression désirée quelconque sur 1-'élément d'appui, qui coo- père avec le diaphragme 16.
Dans la chambre 18 prévue dans la partie 14 du boîtier se trouve un dispositif sensible à la température qui est illustré à grande échelle à la figure 3. Ce dispositif consiste en deux disques bi-métalliques écartés l'un de l'autre et assujettis l'un à l'autre, à leurs bords, par une bague 40.
Comme le montre clairement la figure 3, chacun des disques du dispositif sen- sible à la température se compose de deux couches 42-43 et 44-45 de métal sou- dées l'une à l'autre, ces couches présentant des coefficients de dilatation différents en fonction de variations de températures. Les couches 42 et 44, dont les coefficients de dilatation sont les moins élevés, sont situées à 1' extérieur, tandis que les couches 43 et 45, dont les coefficients de dilata- tion sont plus élevés, se trouvent à l'intérieur du dispositif sensible à la température.
Ces disques, (qui sont plats à température ambiante et lorsqu'ils ne font pas l'objet d'une compression, mais qui sont montrés aux figures 2 et 3 sous la forme qu'ils affectent sous l'effet d'une compression initiale pro- venant de la force du ressort 32) s'infléchissent l'un vers l'autre à des tem- pératures plus élevées et s'écartent l'un de l'autre lorsque les températures sont moins élevées. Comme le montre la figure 2, la partie 14 du boîtier com- porte, au fond de la chambre 18, une butée 46 présentant une partie centrale 48 s'étendant vers le haut.
Les disques du dispositif sensible à la températu- re, qui vient d'être décrit, présentent en leurs centres des ouvertures des- tinées à recevoir la partie s'étendant vers le haut 48 de la butée 46. De cet- te manière, le dispositif sensible à la température est centré dans.la chambre 18. Il sera également évident que le boulon 28 est pourvu, à son extrémité in- férieure,d'une tête 50 en forme de cuvette, dont les bords sont agencés pour coopérer avec le dispositif sensible à la température, comme montré à la figu- re 2. Ainsi, la butée 46 et la tête 50 du boulon 28 limitent la compression du dispositif sensible à la température sous l'effet de la force du ressort 32, en sorte que les disques ne subiront pas une sollicitation excessive.
L'ouver- ture d'entrée 20, ménagée dans la partie 14 du boîtier, peut être équipée d'u- ne soupape d'arrêt 52, comme montré à la figure 2, mais cette soupape d'arrêt peut, si on le désire, être omise.
Le mode de fonctionnement du régulateur de pression apparaîtra en référence à la figure 2. L'huile, revenant de l'atomiseur 4 par l'ouver- ture 20, remplit la chambre 18 et s'écoule par dessus la lèvre 22 dans la cu- vette 23, d'où elle'sort par l'ouverture 24, pour retourner au réservoir d' huile combustible 6 ou à l'entrée de la pompe, si on le désire. Tant que 1' huile reste à la température qu'elle possédait lorsque la vis 36 a été ajustée, la coopération du diaphragme 16 avec la lèvre 22 exercera sur l'huile un ef- fet d'étranglement constant.
Lors d'une augmentation de la température de 1' huile traversant la chambre 18 et lorsque cette huile baigne le dispositif sensible à la température, les disques du dispositif en question s'infléchi- ront l'un vers l'autre, ce qui a pour effet d'augmenter la pression effective exercée par le ressort 32 sur l'organe d'appui et sur le diaphragme 16, à tel point que l'effet d'étranglement exercé sur l'huile passant entre le diaphrag- me 16 et la lèvre 22 est augmenté. Le dispositif sensible à la température n' a, en fait, pas pour action d'élever ou d'abaisser le diaphragme par rapport à son siège, mais bien de contrebalancer la pression exercée par le ressort 32 sur le diaphragme et ce dans une mesure plus ou moins grande, ce diaphrag- me s'opposant à la pression de l'huile dans le tuyau de retour du combustible.
Toutefois, si la température de l'huile diminue, les disques du dispositif sensible à la température s'écarteront l'un de l'autre, de manière à dimi- nuer la pression effective exercée sur l'organe d'appui par le ressort 32, ce
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qui a pour effet de diminuer l'action d'étranglement exercée sur l'huile pas- sant entre le diaphragme 16 et la lèvre 22. De cette manière,. la pression d' huile dans le tuyau de retour de l'atomiseur 4 est automatiquement augmentée ou diminuée selon que la température de l'huile augmente ou diminue, à tel point que l'atomiseur éjectera de l'huile à un débit sensiblement constant, même si la viscosité de l'huile traversant l'atomiseur varie dans une mesure considérable.
Comme il a été signalé, la. figure 2 représente, de manière exa- gérée, l'espace ménagé entre le diaphragme 16 et la lèvre 22. En fait, cet es- pace estconstamment très petit, car le débit d'huile entre le diaphragme 16 et la lèvre 22 est très faible pendant le fonctionnement du régulateur de pres- sion, en combinaison avec un atomiseur mécanique du type à courant ou circula- tion de retour, agencé pour fournir un jet d'huile aux faibles débits susmen- tionés. En fait, l'huile passe entre le siège 22 et le diaphragme 16 sous forme d'une pellicule d'une minceur quasi impossible à mesurer, à l'encontre de la pression effective du ressort.
Lorsqu'un système d'alimentation en huile combustible du type il- lustré à la figure 1 est mis hors service en coupant l'alimentation d'huile à l'atomiseur 4, il importe qu'il n'y ait pas d'huile admise à revenir dans l'a- tomiseur 4 par le tuyau de retour. Le régulateur de pression montré à la figu- -ce 2 empêche ce retour d'huile dans l'atomiseur, en raison du fait que, lors- que l'alimentation de l'atomiseur en huile est coupée, la pression de l'huile dans le tuyau de retour tombe et la partie extérieure du diaphragme 16 s'inflé- chit de manière à venir instantanément en contact avec la lèvre 22, ce qui em- pêche tout retour dans l'atomiseur /, de l'huile combustible emprisonnée dans le tuyau de retour et dans le régulateur de pression.
Etant donné que le flé- chissement du diaphragme 16 ne provoque le déplacement que d'une quantité mi- nine d'huile dans l'intervalle entre le diaphragme 16 et la lèvre 22, il ne se produit pratiquement aucun retour d'huile vers l'atomiseur. La soupape d'ar- rôt 52 aide à empêcher ce retour d'huile, mais, ainsi qu'il a été signalé, cette soupape d'arrêt est inutile dans la plupart des cas, car le diaphragme, à condition de ne pas présenter de défaut, forme par lui-même un joint étan- che.
Il va de soi que, lorsqu'on utilise avec des huiles différentes présentant des viscosités variables et avec des types différents d'atomiseurs à circulation de retour présentant des caractéristiques pression-débit variables, le dispositif sensible à la température devra être modifié en conséquence. Ce- ci se fait le mieux en faisant varier l'épaisseur des disques bimétalliques, qui est normalement d'environ 0, 025 à 0,030 pouce . De même si une moindre com- pensation est nécessaire, l'épaisseur des disques doit être moindre et vice ver- sa. Dans la description donnée ci-dessus, deux éléments bimétalliques ont été utilisés pour réduire l'allure des changements de force exercés par les élé- ments bimétalliques, lorsqu'ils sont comprimés plus avant.
Ceci est souhai- table en vue de réduire la sensibilité aux tolérances de dimensions. Il est évident que cet effet peut être obtenu d'autres manières et peut ne pas être nécessaire. Il va de soi également qu'on peut employer un seul élément bimétal- lique en apportant les changements voulus dans les parties coopérantes de cet élément.
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