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- Brûleur -
La présente invention concerne un brûleur et plus particulièrement un brûleur destine à recevoir un mélange combustible d'un combustible et d'air se déplaçant à grande vitesse et à brûler ce mélange dans un espace minimum avec un dégagement maximum de chaleur ¯.; L'invention est particulièrement intéressante pour la combustion d'un gaz utilisé comme combus- tible, mais n'est-pas limitée à cette application.
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L'invetion concerne encore\\plus particulièrement un brûleur dans lequel le.combustible et l'air sont mélangés et chauffés dans une.section de mélange, , puis 'sont brûlés , dans une section de combustion. Un élargissement brusque du brûleur,, à l'endroit ou. la section de mélange aboutit à la section de combùstion, réalise un épaulement périphérique, qui protège une partie du mélange combustible-air à l'intérieur de la section de combustion contre la turbulence produite par le mouvement rapide du mélange..pénétrant dans cette section.
Cet épaulement constitue un organe ouvert de maintien de flamme, près duquel la flamme est continuellement maintenue à l'intérieur de la chambre de combustion;'l'allumage progresse vers l'inté- rieur à partir de cet organe pour'-faire brûler entièrement le courant combustible-air à l'intérieur de la chambre de combus- tion.
-Une caractéristique -importante de l'invention réside dans le fait qu'elle permet une combustion rapide avec un grand dégagement de chaleur dans une chambre de combustion de dimen- sions minima. Cependant,,quand on brûle de grandes quantités de combustible, avec des vitesses importantes du mélange combustible-air, la progression de l'allumage vers l'intérieur, à partir de la zone de maintien de la.flamme, peut demander un temps si long qu'il faut utiliser nécessairement une chambre de combustion d'une longueur -exagérée si on veut réaliser dans cette chambre une combustion complète.
On a constaté maintenant qu'il est possible d'aug- nenter par des moyens très simples la vitesse de l'allumage complet d'une colonne d'un mélange combustible-air, tout en conservant les avantages d'un organe de maintien de flamme ouvert et périphérique. Ainsi, on peut donner à la chanbre
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Ce combustion une longueur plus faible que celle qui serait nécessaire autrement. A cet effet, la présente invention ajoute au dispositif une chambre d'allumage, disposée entre la section d'alimentation en mélange combustible-air et la chambre de com- bustion, et prévoit dans cette chambre d'allumage un moyen pour allumer sensiblement en son centre la colonne de mélange com- bustible-air passant à travers la chambre.
Grâce à cet allumage central du courant du mélange combustible-air, auquel s'ajoute l'allumage périphérique effectué dans la section de combustion, on réalise un allumage, complet plus rapide du mélange et on peut par conséquent, pour un taux donné de dégagement de chaleur, adopter un .brûleur plus petit qu'autrefois.
On a représenté l'invention, à titre d'exemple, sur le dessin annexé. Sur ce dessin : - la figure 1 est une coupe médiane et longitudinale d'un brûleur conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en bout d'une bague de maintien utilisée dans la section d'allumage du brûleur de la figure 1; - la figure 3 est une' coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une coupe, avec arrachements, suivant la ligne IV-IV de la figure 1; - la figure 5 est une vu -,en perspective d'un bloc d'allumage analogue dans son ensemble à celui représenté sur la figure 1 ; -.la figure 6 est une vue en perspective d'un autre type de bloc d'allumage;
- la figure 7 est une vue analogue à celle de la
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figure 4 et représente une variante consistant dans la disposi- tion de deux blocs d'allumage à l'intérieur de la chambre d'al- lumage' représentée sur la figure 1; -.la figure 8 est une coupe médiane et longitudinale analogue à celle de la figure 1, mais représente une disposi- tion différente.pour l'allumage initial et une position diffé- rente de l'organe central de maintien de flamme.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, le brûleur 10 comprend successivement une ' section 11 d'alimentation en mélange combustible-air, une chambre d'allumage 12 et une chambre de combustion 13.Ainsi, un mélange combustible d'air et d'un combustible pénètre dans le brûleur 10 par sa section d'alimentation 11, traverse ensuite sa chambre d'allumage 12, où il est'initialement allumé, et arrive enfin dans la section de combustion 13 où sa combustion ' se termine..' .
La section d'alimentation 11 est formée, par un tube à brides, qui est ici un tube cylindrique muni d'une bride avant 14, servant à le relier à une conduite d'alimentation en mélange combustible-air (non représentée), etd'une bride arrière plus large 15 servant à le relier à la chambre d'allu- mage 12.
La chambre d'allumage 12 a une forme d'ensemble cylindrique;elle comprend un organe extérieur 16 muni d'une bride avant 17 dirigée vers'l'extérieur et assemblée par de,3 boulons 18 sur la bride arrière 15 de la section d'alirnenta- tion 11. A son autre extrémité, l'organa.,16 comporte une bride arrière 19 dirigée vers l'extérieur et permettant de fixer le brûleur 10 tout entier dans sa position d'utilisation, par exemple sur la paroi d'un four (non représenté).
Au delà de
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la bride arrière 19 de l'organe 16, celui-ci comporte un pro- longment arrière cylindrique 20, qui est coaxial avec le reste de cet organe et-qui sert à supporter la chambre de combustion 13, à laquelle il est réuni par soudure, collage ou par un autre moyen.
A l'intérieur de l'organe 16 est ajustée une bague 21 destinée à adapter sur cet organe différentes pièces à l'intérieur de la chambre d'allumagej et également à isoler et renforcer la construction. A l'intérieur de la bague 21, une bague de maintien 22 est ajustée dans un but que l'on va indiquer à présent. Cette bague 22 comporte un orifice central et conique 23, dont la grande base a le même diamètre que l'in- térieur de la section d'alimentation 11.
La bague 22 présente en 24 une fente radiale qui part de sa périphérie, traverse 1'orifice conique 25 et s'étnend partiellement dans la paroi opposée de cet orifice (figure,2)..La bague 22 est ajustée exactement dans la bague 21; elle ne peut tourner dans celle-ci à cause du frottement et sa fente 24 s'étend de préférence verticalement.
La bague 22 sert à maintenir en place un bloc d'al- lumage 25, qui allume initialement le mélange combustible-air traversant la chambre d'allumage (figures 1 et 4). Ce bloc' d'allumage peut se présenter sous différentes formes, suivant la nature et l'état du mélange combustible-air qui pénètre dans le brûleur 10 à travers la section d'alimentation 11.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 4, le bloc d'allumage est constitué par une--matière réfractaire, par exemple une matière céramique, et sa construction est pleine. La figure 5 représente en perspective une autre réa- lisation de ce bloc d'allumage et indique en outre sa
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construction générale. Le bloc d'allumage 25 a une longueur égale à la- distance entre la périphérie de la bague de maintien 22 et le fond de la Tente 24 dans laquelle ce bloc est maintenu en position;; sa largeur est telle qu'il est ajusté à frottement doux à l'intérieur de la fente.
Son autre dimension est telle que son extrémité avant s'appuie contre la bride -intérieure de la section d'alimentation 11, à l'endroit où le bloc est ajusté dans le fond de la fente 24, et que sa face opposée t, s'appuie contre une bague terminale 26 de la chambre d'allu- mage, que l'on décrira un peu plus loin.
La'partie avant de l'extrémité supérieure du bloc d'allumage est entaillée en 27 de manière à réaliser un espace d'allumage initiale 28 entre la partie supérieure de la fente 24, la bague 21 et la-bride intérieure 15 de la section d'ali- mentation. L'entaille 27 du bloc d'allumage 25 est suffisamment profonde pour permettre la'communication entre l'espace initial d'allumage 28 et la section d'alimentation 11. Une bougie d'allumage 2 fait saillie à travers la bride intérieure 15 de la section d'alimentation dans l'espace d'allumage initial 28, de manière à allumer le mélange combustible-air dans la chambre d'allumage au moment où on commence'à utiliser 'le brûleur 10.
On s'est aperçu que l'espace 28 d'allumage initial, ¯ est cependant relativement protégé et que la force vive du mélange de combustible arrivant dans cet espace ne souffle pas et n'éteint pas la flamme produite dans celui-ci. Le mélange combustible-air passant de la section d'alimentation 11 dans la chambre d'allumage 12 s'allume donc, quand on met en marche le brûleur 10.,
La bague terminale 26 est 'une bague relativement
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plate qui est disposée en arrière de la chambre d'allumage 12, et'qui est maintenue-en place par le frottement entre sa surface périphérique et la-surface intérieure de la bague
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, \ 21.
La surface arrière du bloc d'allumage 25 et la surface
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a-#c :f'rottenmt arrière de la bague de maintien 22 s'appuient/contre la sur- face avant de la bague 26. La face arrière de celle-ci est en contact de frottement avec la surface avant de la paroi de la chambre de combustion, comme.on l'expliquera un peu plus loin.
L'orifice central traversant la bague terminale 26 est cylin- drique et coïncide diamétralement avec l'orifice conique 23 de la bague de maintien 22, y quand ces deux bagues sont en position (figure 1). Il est évident que l'orifice central traversant la bague terminale 26 constitue un canal de commu- nication entre la chambre d'allumage 12 et la chambre de combustion 13.
La chambre de combustion. 13 est maintenue solidement en place contre la chambre d'allumage 12 par le prolongement arrière cylindrique 20 de l'organe 16. L'extrémité avant de la chambre de combustion s'appuie contre les surfaces arrière de la bague 21 et de la bague terminale 26, en réalisant ainsi un joint étanche entre la chambre d'allumage et la chambre de combustion. Il faut remarquer que la section intérieure de la , chambre de combustion 13 est plus grande que l'orifice de la bague 26 et réalise ainsi un épaulement 30 de maintien de flat-me à l'intérieur de la 'chambre de combustion et irnmédia- tement autour de l'orifice de la bague 26.
L'épaulement 30 réalise par conséquent une poche périphérique de mélange allumé et cette poche est protégée contre la turbulente pro- duite par l'entrée du mélange combustible-air dans la chambre de combustion.
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Il¯est facile de comprendre le fonctionnement du
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'disposi-'t'-i:-a-,,Dr'-=s7 les explications précédentes. Un mélange de combustible et d'air est projeté à grande vitesse dans la section d'alimentation 11 du brûleur. Ce mélange pénètre dans la chambred'allumage qu'il remplit totalement, y compris l'espacerelativement protégé 28 d'allumage initial. Le mélange traversant ensuite l'orifice conique 23 de la bague de maintien 22, puis l'orifice de la. bague terminale 26, pénètre dans la chambre de combustion 13.
Pour mettre le brûleur en marche, on allume d'abord avec la bougie 29 le mélange combustible-air dans l'espace 28 d'allumage initial; l'allumage se propage jusqu' à l'extrémité aval de la section d'alimentation 11, puis à travers l'orifice conique 23, le long du bloc d'allu- mage 25. Quand le.mélange combustible-air allumé franchit le bloc d'allumage 25, ,une partie de ce mélange en cours de combustion reste en arrière de la face arrière du bloc 25, où il continue à brûler et en 'même temps à allumer transver- salement et au centra la colonne du mélange combustible-air passant le long du bloc d'allumage. On n'a plus besoin alors d'utiliser la bougie.
On a constaté qu'une face arrière très mince du bloc d'allumage offrait.à un "ruban" du mélange combustible-air . en cours de combustion une protection'suffisante pour maintenir ce ruban dans un état de semi-repos à cet endroit. Ce ruban de mélange combustible-air en-combustion, augmenté continuel- lement par des fractions du mélange combustible-air passant de chaque c8té du bloc d'allumagefournit un allumage central pendant toute l'utilisation du brûleur.
En même temps,une flaire est maintenue immédiatement en arrière de 1'épaulement 30, formé dans la chambre de
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combustion'par la différence de section entre la chambre de combustion et la' bagua terminale 26.
Cette flamme allume continuellement le mélange.combustible-air à sa périphérie, lu fur et à mesure, qu'il pénètre dans la ' chambre de combustion. ainsi, le mélange est allumé transversalement et centralement dans la,chambre d'allumage 12, et il est en outre allumé à sa périphérie dans la chambre de combustion 13 ; en résulte que le mélange combustible-air brûle rapidement et complète- ment dans une chambre de combustion, dont les dimensions et la longueur peuvent avoir des valeurs minima.
Pour réaliser un' allumage plus direct à travers le mélange 'combustible-air traversant la chambre d'allumage, on peut utiliser deux blocs d'allumage 25-25. On a représenté sur la figure 7 la disposition d'une telle paire de blocs d'allumage.
Le moyen utilisé dans la chambre d'allumage pour allumer le mélange en son centre ne consiste pas nécessairement en un bloc d'allumage identique à celui décrit jusqu'à présent.
On peut utiliser aussi,un bloc d'allumage 25a, tel que celui représenté sur la figure 5. Ce bloc d'allumage est muni de deux gorges latérales 31, 31, qui s'étendent vers l'avant et vers le bas, la long des faces latérales du bloc 25a, à partir de la partie entaillée 27 et jusqu'à la face avant du bloc. Ainsi, quand le bloc d'allumage 25a est disposé comme le bloc d'allumage 25 de la¯figure 1, les gorges 31, 31 relient l'espace 28 d'allumage initial à l'orifice de la bagué terni- nale 26, de chaque côté du bloc d'allumage. On réalise ainsi un allumage central et confina, sur la face avant du bloc d'al lumage, indépendamment de la protection fournie par cette face à un ruban central du mélange allumé .
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D'autre part, un bloc d'allumage 25b, tel que celui représenté, sur la figure 6, peut remplacer le bloc 25 ou le bloc 25a; ce bloc d'alumage 25b est particulièrement avanta- ... geux dans le cas où le mélange combustible-air n'est pas chauffé au préalable. Le'bloc 25b est disposé dans la fente 24 exactement comme le bloc 25, mais ne s'étend pas à sa partie supérieure jusqu'à la bague 21, de manière à laisser un espace dtallumage initial qui s'étend tout le long de sa partie supérieure.
Le bloc d'allumage 25b a une section en forme de fer à cheval, la base du fer à cheval constituant la face ayant du bloc. Une série d'orifices 32 sont percés dans cette ±ce avant pour admettre à l'intérieur du bloc d'allumage une partie du mélange. combustible-air non allumé venant de la section d'alimentation-11. Une plaque 33 s'étend en travers de l'intérieur du bloc 25b, prèsde sa face arrière, et une série d'orifices 34 sont percés dans la plaque 33 pour permettre la sortie du mélange allumé. A l'intérieur du bloc 25b se trouve par conséquent une chambre relativement abritée, qui offre une protection contre la force vive du mélange se préci- pitant dans la section d'alimentation 11.
Le mélange contenu dans le bloc d' allumage 25b est allumé initialement après que l'allumage du mélange a été effectué au-dessus de ce bloc par la bougie 29; le mélange allumé et à 11-abri continue à brûler dans le bloc d'allumage, avec la flamme sortant par les orifices 34 pour allumer en son centre le mélangé tra- versant l'orifice de la bague terminale=26. Ainsi, l'action du bloc d'allumage 25b est sensiblement équivalente à celle du bloc 25 déjà.décrite.
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Dans le mode de réalisation représentée sur la figure 8,--un bloc d'allumage 25c à peu près entièrement rectangulaire est..disposé horizontalement en travers de l'orifice de la bague terminale 26a. -La bougïe 23 .traverse la paroi de la section'd'alimentation lla et se trouve dans une position où ses électrodes sont refroidies par le mélange non allumé arrivant à grande vitesse. Immédiatement en arrière de la bougie 29, la bague de maintien 22a et la bague terminale 26a , !sont entaillées-de manière à former en arrière d'un épaulement 36 une chambre 35, qui protège une flamme continue s'étendant à travers la'chambre 35 jusqu'à l'orifice de la bague terminale 26a, en arière du bloc; d'allumage 25c.
D'après ce qui précède, il es,t évident que l'invention realise un dispositif permettant d'allumer continuellement 'la colonne à grande vitesse du mélange combustible-air, à la fois en son centré et à sa périphérie, et d'obtenir ainsi une mbustoin extrêmement rapide dans la chambre combustion combustio extrement racine' dans la.chambre de combustion du , peut donc' donner a celui-ci des dimensions minima et obtenir; un taux extrêmement élevé de dégagement de chaleur. les brûleurs construits .conformément à l'invention 'peuvent utilisés avec une grande 'variété de combustibles fluides pouvant être mélangés avec une colonne d'air à grande vitesse et, entraînés par cette colonne. Ces combustibles peuvent être des gaz, des vapeurs, des dispersions de liquides, ou des solides ,finement divisés.
Dans''tous'les cas, l'allumage de la colonne combustible-air est maintenu transversalement et au centre, en même temps qu'à la circonférence de la colonne.
La longueur de la flamme nécessaire à une combustion complète est ainsi- diminuée.et le temps nécessaire à une telle combustion'est réduit à un minimum. On peut donc fabriquer des brûleurs compacts ayant de faibles dimansions et un grand pouvoir de dégagement de chaleur.