<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX BRULEURS POUR COMBUSTIBLES LIQUIDES ET
GAZEUX.
La présente invention est relative à des brûleurs pour combus- tibles liquides et gazeux,à l'extérieur desquels l'air qùi entretientla combustion est fourni sous une pression supérieure à 1a pression atmos- phérique.
Des brûleurs à combustible du type général auquel se rapporte la présente invention comprennent habituellement une enveloppe de tôle avec laquelle coopère une tuyère à combustible amenant un combustible li- quide ou gazeux dans l'espace intérieur à l'enveloppe, ladite enveloppe étant pourvue de trous par lesquels de l'air pénètre librement dans l'en- veloppe en quantité suffisante pour entretenir la combustion du combusti- ble dans l'enveloppe En élaborant de tels brûleurs de type ancien, on a essayé de faire les trous d'entrée d'air de'dimensions telles, et de les arranger de telle manière, que l'on parvienne à une combustion complète du combustible sans formation de dépôt charbonneux à l'intérieur des brû- leurs à combustible.
Néanmoins, dans de tels brûleurs de type ancien dans bien des conditions de fonctionnement, la formation d'un dépôt char- bonneux à l'intérieur du brûleur à combustible se produit, avec des résul- ta,ts auxquels on peut trouver à redire.
L'objet général de l'invention est de procurer un brûleur à combustible dans lequel a lieu une combustion sensiblement complète du combustible sans formation de dépôt charbonneux sur la paroi du brûleur à combustible. Dans ce but, des 'brûleurs à combustible réalisant la pré- sente invention sont caractérisés par le fait que l'enveloppe de tôle qui constitue la chambre de combustion et pourvue sur la plus grande partie de sa surface d'un grand nombre de très petites perforations plus ou moins espacées à travers lesquelles l'air amené à l'extérieur de l'enveloppe à une pression supérieure à celle de l'atmosphère pénètre dans la chambre de combustion à l'intérieur de l'enveloppe, produitsant ainsi à la surface in- térieure de l'enveloppe une couche ou un coussin d'air qui,
ainsi que l'a
<Desc/Clms Page number 2>
découvert le demandeur!! a l'effet extrêmement utile d'empêcher la formation d'un dépôt charbonneux à 1a surface intérieure de l'enveloppe. L'envelop- pe est également pourvue dans la partie perforée des trous habituels en nombre relativement petit et de dimensions beaucoup plus grandes par les- quels de l'air additionnel entre librement dans l'enveloppe en quantité suffisante pour entretenir de façon sensiblement complète la combustion du combustible dans l'enveloppeo En outre, le demandeur a découvert que la nature de la flamme du combustible dans l'enveloppe est avantageusement influencée si la somme des aires des perforations très petites par unité de surface d'enveloppe est moindre en certaines parties de l'enveloppe qu'en d'autres.
Et cette particularité de la forme préférée du brûleur à com- bustible sera décrite ci-après.
L'invention se comprendra d'après la description suivante, faite en se référant aux dessins 'annexés dans lesquels-la figure 1 illus- tre en coupe en élévation une forme préférée de brûleurs à combustible réalisant l'invention; la figure 2 est une vue fragmentée à échelle agran- die illustrant le matériau de tôle perforée dont l'enveloppe intérieure dudit brûleur à combustible est faite; la figure 2A est une vue similaire d'une forme en variante de tôle perforée ; la figure 3 est une élévation en coupe transversale, à plus petite échelle! du brûleur à combustible qui est montré et décrit dans la demande dont question précédemment; la figure 4. est une vue fragmentée, à échelle agrandie;, de la tôle perforée dont est faite l'enveloppe intérieure de ce brûleur à combustible.
La forme préférée de l'invention illustrée aux figures 1 et 2 sera décrite d'abordo Comme il sera évident diaprés la figure 1, le brû- leur à combustible qui y est illustré est pourvu d'une tuyère à combus- tible ou atomiseur 10 qui est représenté comme étant du type bien connu à écoulement en retour, ayant un tuyau d'alimentation 12 et un tuyau de retour 14. L'atomiseur 12 fournit 1-'huile lourde à la chambre de com- bustion sous forme d'un cône de pulvérisation de forme affinée, comme in- diqué à la figure 1, -d'une manière qui est bien connue de ceux qui sont au courant de cette techniqueo Le brûleur à combustible, qui est de préfé- rence fait d'une tôle d'acier inoxydable,
a une enveloppe cylindrique in- térieure 16 et une enveloppe extérieure légèrement évasée 18, qui sont retenues concentriquement par une pièce circulaire en forme d'assiètte 20 ayant sa partie extérieure formée en canal circulaire 22 qui coopère avec les bords supérieurs des enveloppes 16 et 18 et y est fixé par des goupilles 24 comme il est évident sur la figure 1. Ainsi on prévoit en- tre l'enveloppe extérieure 18 et l'enveloppe intérieure 16 un espace an- nulaire auquel de l'air est fourni comme indiqué par les flèches incurvées près du bord de la figure 1.
La pièce 20 qui sert de paroi terminale à la chambre de combustion, est pourvue en son centre d'une ouverture par laquelle le jet de combustible pulvérisé par l'atomiseur 10 entre dans la chambre de combustion; et ladite pièce 20 est pourvue d'une partie hexagonale fendue 26, qui loge l'atomiseur 10 dont l'extrémité de pointe s'engage dans une pièce de centrage libre 28 montée à glissement sur la pièce 20 et situé dans le fond de la partie hexagonale 26. La coque in- térieure 16 du brûleur à combustible est perforée d'un grand nombre de petits perforations 30 et 32, et est aussi pourvue de plusieurs séries de trous plus grands agencés en cercles 34, comme on le verra aux figures 1 et 2.
Le but principal des petites perforations 30 et 32 est de per- mettre à de l'air de passer de l'espace annulaire entre les enveloppes 16 et 18 dans l'enveloppe 16 enfermant la chambre de combustion, don- nant ainsi à sa surface intérieure une couche ou un matelas d'air dont on a constaté qu'il sert au but très utile d'empêcher la formation d'un dépôt charbonneux à la surface intérieure de l'enveloppe intérieure 16 du brûleur à combustible.
Les trous plus grands 34 dans l'enveloppe 16 du brûleur à combustible servent à admettre librement dans la chambre de combustion, depuis l'espace annulaire entre les enveloppes 16 et 18, l'air nécessaire pour entretenir une combustion sensiblement complète du combustible fourni à la chambre de combustion par l'atomiseur 10 ; et ces
<Desc/Clms Page number 3>
trous plus grands 34 admettent aussi à la chambre de combustion de l'air ad- ditionnel qui dilue les produits gazeux de la combustion. On remarquera que le nombre des petites perforations 30 par unité de surface dans la par- tie supérieure et à peu près sur un tiers de l'enveloppe extérieure-16 du brûleur à combustible est plus petit que le nombre de petites perforations 32 et 35 dans la partie inférieure comprenant les deux tiers de ladite en- veloppe 16.
Cet agencement des petites perforations 30 et 32 a pour effet l'aspiration dans la partie supérieure de la chambre de combustion de moins d'air par unité de surface de l'enveloppe 16 que dans la partie centrale et inférieure de celle-ci, ce qu'on a trouvé être avantageux comme expli- qué ci-après. Naturellement, le même résultat peut être atteint en faisant la partie supérieure de l'enveloppe soit environ un tiers de l'enveloppe intérieure 16, de deux couches de tôle métallique contenant chacune des perforations agencées comme indiqué en 32, mais partiellement non alignés, diminuant de ce fait l'aire transversale des perforations, par unité de surface de l'enveloppe 16, par où l'air pénètre dans la partie supérieure de la chambre de combustion.
Comme montréà la figure 1, la partie infé- rieure de l'enveloppe intérieure 16 du brûleur à combustible est entourée par un déflecteur 36 dont la majeure partie est écartée d'une courte dis- tance de l'enveloppe perforée intérieure 16. Ce déflecteur retarde l'è- coulement de l'air et augmente 19échauffement de l'air entrant dans la partie inférieure de la chambre de combustion, ce qu'on a trouvé avanta- geux, comme expliqué ci-après. Un dispositif d'allumage 40 de toute for- me connue,qui passe à travers des ouvertures alignées'dans les enveloppes 18 et 16 dans la chambre de combustion est montrée à la figure 1.
Le brûleur à combustible qui a été décrit est monté dans un carter (non montré) auquel est amené de l'air sous pression. Cet air com- primé entre dans l'espace annulaire entre les enveloppes 16 et 18 comme indiqué par les flèches courbées près du bas de la figure 1 et la majeure partie de l'air entre dans la chambre de combustion par les ouvertures plus grandes 34, mais une certaine partie de cet air pénètre par les per- forations 30 et 32 dans l'enveloppe intérieure 16 et pourvoit la surface intérieure de ladite enveloppe de la couche ou du matelas d'air qui, comme cela a été mentionné,remplit le rôle très utile d'empêcher la formation d'un dépôt charbonneux à l'intérieur de l'enveloppe 16.
L'air passant par l'espace annulaire entre les enveloppes 16 et 18 absorbe de la chaleur de l'enveloppe 16-avant de passer dans la chambre de combustion, et sert aus- si à modérer la température de l'enveloppe extérieure 18.
Il résulte avec évidence de la figure 1 que les petites perfo- rations 30 sont situées dans la partie de l'enveloppe intérieure 16 cqn- tre laquelle vient frapper un peu de combustible pulvérisé. Comme la somme des surfaces. des petites perforations 30 par unité de surface de l'enveloppe est inférieure à la somme des surfaces des petites perfora- tions 32 par unité de surface de l'enveloppes il entre moins d'air dans la partie supérieure de la chambre de combustion'qui est plus ou moins une région de stagnation, que dans les parties du milieu et inférieure de la chambre de combustion où le combustible pulvérisé peut frapper la surface intérieure de l'enveloppe 16.
Cette restriction de la quantité d'air qui pénètre dans la partie supérieure d'à peu près un tiers de la chambre de combustion, a un effet avantageux sur la base de la flamme, mais ne gêne pas l'empêchement de la formation d'un dépôt charbonneux dans cette région. La quantité d'air plus grande qui entre par les pe- tites perforations 32 dans les régions médiane et inférieure de l'enve- loppe intérieure 16, forme à la surface intérieure de l'enveloppe 16 une couche ou un matelas plus dense d'air dont on a trouvé qu'il empêche effectivement la formation d'un dépot charbonneux dans ces régions où un tel dépôt a le plus de chance, éventuellementde se produire.
Le dé- flecteur 36 sert à la tache utile de ralentir et de guider l'air dans son chemin vers les petites perforations 35 qui sont situées près du fond de l'enveloppeo Ceci fait que cet air est échauffé et pénètre moins librement dans le fond de la chambre de combustion,ce qui a été trouvé
<Desc/Clms Page number 4>
aussi d'un effet avantageux pour la flamme dans cette région.
Outre le fait d'empêcher la formation d'un dépôt charbonneux sur l'intérieur de l'enveloppe 16, les petites perforations 30 et 32 réalisent aussi un refroidissement de l'enveloppe par l'air entrant par ces perfo= rations. Du mieux que l'on sache et que l'on puisse croire., il est nouveau d'employer un tel matériau de tôle perforée, de cette manière, pour con- struire un brûleur à combustible, et le demandeur croit qu'il a découvert les résultats très avantageux obtenus par son emploi. En outre, le deman- deur a découvert que la dimension et l'écartement des petites perforations 30, 32 et 35 ont une répercussion importante sur les résultats et avantages obtenus.
Par exemple, dans un brûleur à çombustible du type illustré à la figure 1, ayant une longueur d'environ 5 pouces et demi et un diamètre @ d'environ 2 pouces et demi, les meilleurs résultats semblent avoir été ob- tenus en employant pour faire l'enveloppe intérieure une tôle d'acier ino- xydable résistant aux températures élevées, de calibre 22 à 26, dans là- quelle les,perforations 30, 32 et 35 ont un diamètre d'environ 0,036 pouce, les perforations rapprochées 32 et 35 étant agencées à raison d'environ 200 trous par pouce carré, donnant à peu près 20 % de surface ouverte, et les perforations moins rapprochées 30 étant agencées à raison d'environ 50 perforations par pouce carré, donnant environ 5 % de surface ouverte; et si les trous plus grands 34 ont un diamètre d'environ 0,375 pouce et sont agencées comme montré.
On comprendra cependant que le calibre de la tôle, le diamètre et l'agencement des trous dans l'enveloppe intérieure 16 peuvent différer des données qui viennent d'étre présentées, sans s'écar- ter de l'esprit de l'invention. La chose importante est de faire les per- forations 30, 32 et 35 de telle dimension et d'agencement tel, les uns si près des autres, que l'air qui les traverse pour atteindre la chambre de aombustion fournisse un coussin ou une couche d'air à l'intérieur de l'en- veloppe enfermant la chambre de combustion pour que la formation d'un dé- pot charbonneux soit empêché.
On a trouvé que ce résultat désirable est obtenu si la surface ouverte offerte par les perforations 32 et 35 est d'environ 26 % à 27 % avec le diamètre des perforations variant de 0,025 à 0,045 pouce ; et si la surface ouverte offerte par les perforations 30 est d'environ 5 % de la surface de l'enveloppe 16 où sont situés ces trous. Comme cela a été mentionné, les trous plus grands 34 dans l'enve- loppe 16 servent à admettre à la chambre de combustion tou l'air néces- saire pour entretenir une combustion sensiblement complète du combustible.
Mais, naturellement, l'air qui entre dans l'enveloppe par les perfora- tions 30 et 32 aide aussi à un moindre degré à la combustion du combus- tible.
Alors qu'un effet optimum est habituellement obtenu avec les dimensions de trous et les surfaces ouvertes relatives telles qu'indi- quées ci-avant, un facteur déjà mentionné mais insuffisamment discuté à une influence spéciale sur ces facteurs de dimensions de trous et de pourcentage de surface ouverte. Pour qu'on ait un écoulement de chaleur uniforme et de la résistance au voilement, il est préférable d'utiliser la tôle la plus lourde (c'est-à-dire la plus épaisse) qu'on puisse tra- vailler facilement. En d'autres termes, la tôle de calibre 22 sera géné- ralement plus résistante au voilement et aura une température plus uni- forme en cours de fonctionnement que du matériau de calibre 26 par exem- ple.
Par contre, si les trous 30, 32, 35 sont faits dans la tôle avec un poinçon de métal, suivant l'usage habituel, le diamètre de poinçonne- ment dépend de l'épaisseur du matériau. Ainsi par exemple un poinçon de diamètre 0,040 pouce peut convenir pour par exemple un matériau de cali- bre 26, mais pourrait s'user très vite et même faire défaut immédiatement si on l'employait avec par exemple un matériau de calibre 22.
Par conséquent il est quelquefois avantageux d'adopter un dia- mètre de trou et un pourcentage de surface ouverte légèrement plus grands que les valeurs les meilleures, pour être en mesure d'employer une tôle plus épaisse. Par exemple on a trouvé qu'on pouvait obtenir des résul-
<Desc/Clms Page number 5>
tats très satisfaisants avec des trous 30, 32, 35 de diamètre aussi grand que 0,055 pouce espacés pour avoir une surface ouverte d'environ 30 %, lorsque les conditions de la chambre de combustion rendent préférable d'em- ployer des tôles de calibre plus lourd.
Dans la majorité des cas, un bon compromis entre les configurations optima du point de vue fonctionnement et du point de vue fabrication de la tôle d'épaisseur convenable comprend un diamètre de trou d'environ 0,045 pouce avec un pourcentage de surface ouverte d'environ 27 %.
On remarquera aussi que,bien que les chambres de combustion que l'on a employé le plus ont généralement des trous ou perforations cir- culaires 30, 32, 35 comme montré aux figures 1 - 3 et 4, cette forme de trou n'est pas essentielle pour mettre en pratique avec succès l'invention.
Par exemple, comme montré à la figure 2A, on a essayé avec des résultats satisfaisants un modèle de trous en pointe de diamant dans ce qu'on appel- le du 'métal déployé". Par suite, là où le diamètre d'un trou ou perfo- ration est considéré ici et dans les revendications ci-annexées, on com- prendra qu'on n'a pas par là l'intention de limiter la forme des trous.
Plutôt, on a l'intention de désigner une ouverture dont la surface corres- pond à celle d'un cercle du diamètre indiqué.
La forme de réalisation de l'invention illustrée aux figures 3 et 4 sera décrite à présent. En se reportant à la figure 3, on verra que la chambre de combustion est à l'intérieur d'une enveloppe intérieure 50 qui est légèrement évasée et qui est fermée à son extrémité supérieure en forme d'un plateau circulaire 51 qui est couvert d'une partie en forme de dôme 52, et à sa partie inférieure est attachée à un tablier circulaire 54.
Entourant l'enveloppe intérieure 50 et agencée concentriquement par rapport Q celle-ci, il y a une enveloppe extérieure 56 qui à son bord infé- rieur est reliée au tablier 54 et à son bord supérieur est écartée de' l'enveloppe 50 de telle sorte que de l'air puisse entrer dans l'espace annulaire entre les parties supérieures des enveloppes 50 et 56 comme in- diqué par les flèches courbes au haut de la figure 3. Monté sur une chai- se 58 à l'intérieur de la partie en forme de dôme 52 de l'enveloppe inté- rieure 50, il y a un ajutage à combustible ou atomiseur 60 de toute forme bien connue, auquel est relié un tuyau d'amenée de combustible 62.
La pièce 51 qui sert comme paroi terminale de la chambre de combustion, est pourvue en son centre d'une ouverture à travers laquelle le combustible pulvérisé par 1-'atomiseur 60 entre dans la chambre de combustion. Cette tuyère amène le combustible sous forme d'une pulvérisation à l'espace intérieur à l'enveloppe intérieure 50. Un dispositif d'allumage 63,-de toute forme bien connue, passe par des ouvertures en alignement dans les enveloppes 56 et 60 comme montré à la figure 3.
Il ressort de la figure 3 que l'enveloppe intérieure 50 en- fermant la chambre de combustion est faite de tôle métallique qui est perforée de part en part sur toute sa surface, d'un grand nombre de trous petits et rapprochés 64 qui sont représentés à plus grande échelle à la figure 4.
On a trouvé que les meilleurs résultats sont obtenus en em- ployant pour faire 1?enveloppe intérieure 50 enfermant la chambre de com- bustion illustrée à la figure 3, de la tôle d'acier inoxydable résistant à la chaleur, de calibre 22, type 310 ou 446, qui est perforée de trous petits très rapprochés 64 ayant un diamètre d'environ 0,036 pouce et agencés à raison d'environ 270 perforations par pouce carré, donnant en- viron 27 % de surface ouverte., mais on comprendra que le calibre de la tôle métallique,le diamètre dans perforations et le nombre de perfora- tions par pouce carré peuvent varier en s'écartant quelque peu des;don- nées qui viennent d'être précisées, dans les limites déjà données, sans sacrifier les avantages du brûleur à combustible illustré à la figure 3.
La chose importante est de faire ces perforations 64 assez.petites et de les agencer assez près les unes des autres pour que 1?air y pénètre pour passer dans la chambre de combustion à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 50 de façon à donner une couche ou un matelas d'air à l'inté-
<Desc/Clms Page number 6>
rieur de cette enveloppe. Les trous beaucoup plus grands 66 (montrés â 1a figure 3) dans la paroi cylindrique de l'enveloppe intérieure 50, servent à admettre à la chambre de combustion l'air nécessaire pour entretenir convenablement la combustion du combustible fourni par l'ajutage 60, et de l'air additionnel pour diluer les produits gazeux de la combustion ce qui est considéré comme désirable dans des appareils de chauffage du type décrit.
Il sera évident diaprés la figure 3 que la chambre de combus- tion qui y est représentée est destinée à être alimentée avec de l'air à une pression supérieure à la pression atmosphérique, et que ledit air en- tre dans l'espace annulaire entre les enveloppes 50 et 56. La majeure par- tie de cet air entre dans l'enveloppe intérieure 50 librement par les plus grands trous 66 et entretien la combustion du combustible; mais une par- tie de cet air passe par les petites perforations 64 dans l'enveloppe 50 et fournit la surface intérieure de cette enveloppe de la couche ou du mate- las d'air qui empêche sensiblement la formation d'un dépôt charbonneux à l'intérieur de l'enveloppe 50.
Connne dans le cas de la forme de réalisa- tion de l'invention illustrée aux figures 1 et 2, 1-'air pénétrant par les petites perforations 64 dans l'enveloppe intérieure 50, est échauffé par contact avec cette enveloppe, et sert à refroidir cette enveloppe.
REVENDICATIONS.
1. Brûleur pour combustibles liquides et gazeux, ayant, dis- posées concentriquement, des enveloppes en tôle métallique intérieure et extérieure espacées,présentant de ce fait à l'intérieur de l'enveloppe intérieure une chambre de combustion, et entre lesdites enveloppes un espace à travers lequel arrive l'air d'alimentation au brûleur, une paroi d'extrémité coopérant avec une extrémité de ladite enveloppe intérieure pour fermer celle-ci et des moyens coopérant avec ladite paroi d'extrémi- té pour amener du combustible à ladite chambre de combustion, ladite en- veloppe intérieure étant pourvue de part en part au moins sur environ les deux tiers de sa partie éloignée de ladite paroi terminale de beaucoup de perforations ayant chacune un diamètre d-entre 0,025 et 0,
055 pouce et écartées 1-'une de 1-'autre de telle sorte que la surface ouverte soit comprise entre 16% et 30% de cette partie de l'enveloppe intérieure, de manière à prévoir une pénétration d'air à travers lesdites perforations, dudit espace annulaire dans ladite chambre de combustion pour former une couche ou un matelas d'air à la surface intérieure de la partie perforée de ladite enveloppe intérieure, ladite enveloppe intérieure étant égale- ment pourvue dans ladite partie perforée,
de trous qui sont beaucoup plus grands en diamètre que lesdites perforations et sont espacés l'un de l'autre et disposés tout autour de ladite enveloppe intérieure et ont une surface totale suffisante pour permettre audit air de s'écouler librement dudit espace annulaire dans ladite chambre de combustion en quantité ca- pable d'entretenir une combustion sensiblement complète du combustible.