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La présente invention a pour objet des perfectionnements aux appareils de mélange de particules solides et de fluides, ou de fluides entre eux, notam- ment aux brûleurs, perfectionnements qui sont de préférence utilisés en combinai- sons parce qu'ils donnent alors le maximum d'avantages, mais qui peuvent aussi l'être isolément sans que cela sorte du cadre de l'invention.
Parmi les nombreux types de brûleurs l'invention concerne ceux compor- tant pour le passage du comburant une chambre, ou volute, en spirale dont l'ori- fice de sortie est circulaire et sensiblement coaxial à la spirale. La veine de comburant sort alors de la chambre en étant animée d'un mouvement tourbillonnai- re, de sorte que les particules combustibles, lorsqu'elles sont liquides ou soli- des, se trouvent centrifugées, ce qui conduit à une flamme courte, de grand dia- mètre, molle et instable.
Cette centrifugation des particules combustibles est beaucoup plus importante dans ces types de brûleurs que dans les autres types à mouvement tourbillonnaire où le mouvement tourbillonnaire est produit par des ai- lettes directrices, de sorte que la vitesse angulaire est sensiblement la même en tous les points d'une section droite de la veine de fluide comburant, tandis qu'il n'en est pas de même dans le premier cas où la vitesse angulaire croît con- sidérablement de la périphérie vers le centre, accroissement qui est accompagné d'une diminution de pression statique de la périphérie vers le centre.
Il en ré- sulte que les particules combustibles généralement introduites au centre de la veine comburante rencontrent immédiatement un champ centrifuge intense qui les projette rapidement à la périphérie, même lorsqu'elles sont animées d'une vitesse axiale propre importante sous l'action de moyens de pulvérisation et d'injection.
Ce phénomène de centrifugation prend une importance toute particulière lorsque la volute en spirale est établie de façon à réaliser un mouvement tourbillonnaire violent du type des trombes, à dépression centrale intense, telle que l'introduc- tion du combustible liquide ou des particules solides dans la veine comburante peut se faire sans moyens de pulvérisation ou d'injection, rien que par l'effet de la dépression dans cette région centrale, ce qui est obtenu avec une spirale qui est logarithmique ou assez voisine d'une semblable spirale.
L'invention vise à pallier les conséquences de cette centrifugation.
A cet effet, un brûleur du type en question, perfectionné conformément à l'inven- tion, est remarquable notamment par le fait qu'il lui est associé une paroi exté- rieure entourant, à quelque distance radiale, la veine en mouvement tourbillon- naire dès, ou sensiblement dès, sa sortie de la chambre à contour en spirale.
Cette paroi peut, avantageusement, être constituée par un tube et ce dernier être fixé à la dite chambre à contour en spirale pour faire corps avec elle.
Dans le cas de paroi constituée par un tube il est avantageux que ce dernier soit divergent.
La présence de la susdite paroi transforme complètement l'allure de la combustion : en restant courte la flamme devient très stable, extrêmement vive et hautement rayonnante, et le pourcentage de gaz carbonique produit est supérieur à celui des meilleurs brûleurs connus.
Un autre perfectionnement réside en ce qu'il est associé au brûleur des moyens, qui en font partie inhérente ou non, agencés de manière qu'il en sor- te une veine annulaire de fluide comburant amenée à entourer coaxialement la vei- ne en mouvement tourbillonnaire, soit dès la sortie de celle-ci de la chambre à contour en spirale, soit à quelque distance au-delà de cette sortie.
L'effet de cette veine enveloppante est double, car outre celui d'activer la combustion dans la zone périphérique de la veine en mouvement tourbillonnaire elle a encore celui de freiner la centrifugation de cette dernière et des particules combustibles vé- hiculées; elle peut même à cet égard constituer par elle-même tout ou partie de la paroi de retenue des dites particules, cette paroi de retenue se trouvant ain= si constituée par un véritable tube fluidique tenant la place du tube solide men- tionné précédemment.
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Il peut être avantageux aussi que le brûleur soit agencé de façon que ladite veine annulaire enveloppante soit animée, elle aussi, d'un mouvement tour- billonnaire, de même sens de giration que la veine centrale, ou de sens contraire, suivant la forme de flamme qu'on désire produire. La vitesse axiale et la vites- se de rotation de la veine enveloppante sont également choisies en fonction de cette forme o
De préférence, pour former cette veine annulaire enveloppante et tour- billonnaire, le brûleur comprend, disposée coaxialement et en aval d'une chambre à contour en spirale, une seconde chambre similaire de plus grande section, avan- tageusement mitoyenne de la première, et traversée de part en part par le conduit de sortie de cette dernière,
l'entrée de cette deuxième chambre communiquant avec l'atmosphère ou bien se raccordant avec une source d'envoi de fluide comburant, avantageusement la même que celle alimentant la chambre spirale produisant la vei- ne tourbillonnaire.centrale. Les contours en spirale des deux chambres s'éloi - gnent de l'axe en tournant dans le même sens, ou bien en sens inverses, suivant qu'on veut former des veines tourbillonnaires tournant dans le même sens ou sens contraires.
De toutes façons, il est particulièrement avantageux que le conduit amenant la veine annulaire enveloppante, qu'elle soit tourbillonnaire ou non et quelle que soit la façon dont elle est formée, débouche autour d'une paroi limi- tant la veine centrale et à quelque distance de l'extrémité de cette dernière pa- roi, de préférence en étant incliné sur celle.-ci, afin de donner naissance, à la- dite extrémité et par effet aérodynamique, à un tourbillon inversé qui freine pé- riphériquement cette veine centrale et diminue sa quantité de mouvement, concou- rant ainsi, dans le cas d'un brûleur, au raccourcissement et à la concentration de la flamme
Le brûleur objet de l'invention est apte à brûler les combustibles ga- zeux, liquides ou à l'état de particules solides, voire ces combustibles mélan- gés entre eux,
le comburant étant de l'air, de l'oxygène, de l'air enrichi en oxy- gène ou tous autres comburants appropriés aux combustibles utilisés.
Le même appareil peut aussi, au lieu de servir de brûleur proprement dit, être utilisé pour tout mélange intense de fluides entre eux, ainsi que de par- ticules solides avec des fluides liquides ou gazeux9 en vue ou non de réactions chimiques, dont la combustion n'est qu'un cas particuliero Un autre perfectionnement, utilisable en combinaison avec ceux défi- nis ci-dessus, ou indépendamment d'eux, concerne des moyens pour favoriser la pul- vérisation d'un liquide au sein d'une veine tourbillonnaire à forte dépression axiale, ou le mélange intime de particules solides ou d'un fluide gazeux avec une telle veine, autrement dit une veine formée dans une chambre réalisant un écoule- ment du type puits-tourbillono Ce perfectionnement consiste en ce que le conduit amenant dans l'axe de la veine tourbillonnaire le fluide, ou les particules soli- des,
à mélanger intimement avec cette veine est agencé de telle sorte que ce flui- de, ou ces particules solidesen sortent à l'encontre du sens d'écoulement de la- dite veine. Il est avantageux de plus que ce conduit comporte à son intérieur des parois de guidage communiquant au dit fluide, ou aux particules solides, un mou- vement de rotation de sens inverse de celui de giration de la veine. Ces deux me- sures contribuant à augmenter la finesse et la rapidité de la pulvérisation; il en résulte, dans le cas d'un brûleur, que la longueur de la flamme s'en trouve ré- duite, et que par ailleurs, la quantité de mouvement de la veine se trouvant ré- duite par ce fluide, ou ces particules, qu'elle rencontre à contre-courant, le pou- voir émissif de la flamme et son rayonnement sont augmentés.
Il est remarquable que les brûleurs agencés conformément à l'invention ont, en dehors de la qualité de la combustion, une flamme dont le rayonnement est considérable, ce qui a pour conséquence de permettre de réduire les chaudières, ou autres organes, destinées à l'utilisation de la chaleur dégagée, dans des pro- portions non moins considérables. C'est ainsi qu'il a été possible avec un tel
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brûleur de récupérer plus de 100 000 calories au mètre carré de surface de chauf- fage, alors que dans les chaudières usuelles, et avec les brûleurs ordinaires, la surface requise est de 8 à 10 fois supérieure.
Un autre perfectionnement important, dans le cas de brûleur, réside en ce que le tube limiteur de l'expansion transversale de la flamme est entouré à distance d'une enveloppe, de préférence concentrique, délimitant ainsi avec ce tube central un conduit annulaire, destinée à être parcouru par un fluide à chauf- fer. On réalise:ainsi un générateur de gaz chaud lorsqu'on fait circuler un gaz dans ce conduit annulaire, ou une ohaudière lorsqu'on y fait circuler un liquide, par exemple de l'eau, auquel cas l'appareil ainsi obtenu peut constituer une chau- dière de fourniture d'eau chaude, ou une chaudière à vapeur, par exemple dans les deux cas, pour chauffage central.
Bien entendu, la circulation de fluide à chauffer peut, suivant les cas, se faire dans le même sens que la circulation des gaz chauds à l'intérieur du tube central ou en sens contraire.
Les échanges thermiques sont rendus particulièrement actifs en raccor- dant l'extrémité amont du dit conduit annulaire à l'orifice polaire d'une chambre à contour en forme de spirale logarithmique, chambre destinée à imposer au fluide à chauffer un écoulement du type puits-tourbillon à grande vitesse de giration; les filets de fluide animés de la plus grande vitesse étant ceux le plus voisin du tube central les coefficients de transmission thermique prennent alors, en ef- fet, des valeurs élevées, celles-ci étant comme on le sait, fonction des vitesses d'écoulement.
D'autre part, du fait du mouvement de giration, la longueur de la trajectoire d'un quelconque volume élémentaire de fluide à chauffer, est, à l'in- térieur du dit conduit annulaire, très supérieure à la longueur axiale du dit con- duit, ce qui est une cause supplémentaire d'accroissement de la rapidité d'éléva- tion de température du fluide à chauffer. On peut ainsi diminuer beaucoup l'en- combrement des appareils de chauffage pour une même puissance calorifique, autre- ment dit élever considérablement le chiffre de calories par m2 de surface de chauf- fe.
Il est avantageux que l'extrémité aval du conduit annulaire soit alors réunie elle aussi à l'orifice polaire d'une chambre à contour en forme de spirale logarithmique, chambre destinée à retransformer l'écoulement giratoire du fluide chauffé et à le ramener à un écoulement sensiblement sans rotation du flui- de sur lui-même. Dans tous les cas il est avantageux que l'extrémité du tube cen- tral opposée à celle où se trouve le brûleur, aboutisse à l'orifice polaire d'une chambre à contour en spirale dont l'orifice tangentiel sert à la sortie des gaz de combustion. Cette chambre est avantageusement à double paroi et agencée pour que l'espace entre ces deux parois, qui est de préférence en communication avec l'intérieur de la chaudière annulaire, soit le siège d'une circulation d'un flui- de à chauffer ou à vaporiser.
A titre d'exemples nullement limitatifs on a représenté sur le dessin ci-joint diverses formes de réalisations de brûleurs perfectionnés ,conformément à l'invention.
Dans ce dessin: la fig. 1 est une vue en élévation avec arrachement partiel d'un brû- leur à deux chambres concentriques en spirale agencées de façon que les deux vei- nes concentriques qui en sortent tournent en sens contraires; la fig. 2 est une vue de profil correspondante; la fig. 3 est une vue analogue à la fig. 2 et le brûleur qu'elle re- présente ne diffère de celui représenté aux figs. 1 et 2 que par l'agencement des chambres en spirale qui sont établies ici de façon que les deux veines qui en sortent tournent dans le même sens; la fig. 4 représente schématiquement une autre forme de réalisation et
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la fige 5 représente schématiquement un autre agencement encore des chambres en spirale;
la fig. 6 représente un brûleur agencé de manière que la veine annu- laire enveloppante qui en sort engendre un tourbillon inversé; les figs. 7 et 8 représentent, respectivement en coupe axiale par l'a- xe du brûleur et en coupe suivant la ligne désignée par VIII-VIII sur la fig. 7, une réalisation d'un appareil de chauffage d'un fluide en écoulement; la fig. 9 représente des moyens perfectionnés d'introduction, dans une veine animée d'un mouvement tourbillonnaire, d'un fluide, gazeux ou liquide, porteur ou non de particules liquides ou solides; les figs. 10 et 11 représentent ces mêmes moyens à plus grande éohel- le, la première en étant une coupe longitudinale par l'axe, et la seconde une vue en bout;
et la figo 12 représente une variante de l'appareil de chauffage re- présenté aux figs. 7 et 80
Dans l'exemple représenté aux figse 1 et 2 le brûleur comprend une chambre 1 pourvue d'un orifice 2 et dont les sections droites par des plans per- pendiculaires à l'axe de cet orifice 2 sont constituées par des spirales loga- rithmiques ayant leur pôle situé sur l'axe de l'orifice 2. D'un côté de cette chambre 1, et en l'espace mitoyenne à elle, est disposée une chambre 3, également à contour en spirale, de pôle situé sur l'axe de l'orifice 2, et pourvue d'un ori- fice 4, coaxial à l'orifice 2 et de plus grand diamètre que lui. L'orifice 4 est prolongé par un tube 5, d'abord cylindrique, puis évasé vers l'extérieur.
La chambre 3 est traversée de part en part par un tube 6 qui comprend d'abord une partie cylindrique prolongeant axialement l'orifice 2 puis une partie conique qui se termine à l'intérieur du tube 5. Ce tube 6 et la chambre 1 sont traversés axialement de part en part par un tuyau 7 qui s'arrête à proximité de l'extrémité du tube 6 et qui s'étend à l'extérieur de la chambre 1 poar venir plonger dans un réservoir 9 destiné à contenir le combustible liquide pour l'alimentation du brûleur. Ce réservoir 9 peut être indépendant de la chambre 1 ou, au contraire, faire corps avec elle.
Ces deux chambres 19 3 communiquent avec l'extérieur par des conduits 11, 12, chaque conduit se raccordant à la chambre qui en constitue le prolonge- ment de façon à être tangent, ou sensiblement tangent, au contour en spirale de cette chambre Ces deux conduits 11 et 12 sont fixés sur le débouché de la volute de refoulement d'un ventilateur 13 mû par un moteur 14. En outre, un tuyau 15 fait communiquer cette volute avec l'intérieur du réservoir 99 de sorte qu'il rè- gne à l'intérieur de ce dernier une pression égale à la pression de refoulement du ventilateur 13. Enfin, il est disposé en aval du tube 5 un tube 16 de diamètre beaucoup plus grand.
Dans ces conditions, l'air refoulé à travers le conduit 11 dans la chambre 1 sort de celle-ci par l'orifice 2 sous forme d'une veine tourbillonnaire à forte dépression axiale et circule sous cette forme dans le conduit 6 cependant que, du fait de cette dépression axiale qui s'exerce sur l'extrémité du tuyau 7, le liquide contenu dans le réservoir 9 circule dans ce tuyau 7 et en sort à son extrémité pour être immédiatement vaporisé et pulvérisé au sein de la veine tour- billonnaire sous le triple effet de la dépression qui y règne, de la force cen- trifuge, et du gradient élevé de pression au sein de cette veine.
De son côté l'air refoulé à travers le conduit 12 sort par l'orifice 4 sous la forme d'une veine tourbillonnante et les deux chambres 1 et 3 sont disposées ici de façon que les veines d'air qui sortent respectivement par les orifices 2 et 4 tournent en sens contraire l'une de l'autre, c'est-à-dire que les parois en spirale de ces deux chambres s'éloignent de l'axe en tournant en sens contraire l'une de l'autre (fige 2). La veine annulaire qui sort par l'orifice 4 enveloppe la veine centrale sortant du tube 6 et active la combustion dans la zone périphérique de cette der-
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nière veine, c'est-à-dire dans la zone où les particules liquides non encore va- porisées ont tendance à s'accumuler- sous l'effet de la force centrifuge.
Elle exerce aussi un effet de ralentissement momentané de cette centrifugation du fait qu'en passant d'une veine à l'autre les particules sont soumises à une inversion de leur sens de rotation ce qui fait d'abord passer leur vitesse de rotation par zéro. De son côté le tube 16 empêche un développement transversal trop'rapide de la veine, de sorte que la combustion se développe favorablement en produisant une flamme courte (d'une longueur de quelques dizaines de centimètres) et hautement rayonnante.
Dans la variante de réalisation représentée à la fig. 3 le brûleur est constitué comme sur les figs. 1 et 2 à cela près que les deux chambres la et 3a à contour en spirale sont disposées de façon que les veines qui en sortent tour- nent dans le même sens.
Le brûleur représenté à la fig. 4 ne diffère de celui de la fig. 3 que par la façon dont la veine annulaire enveloppante est obtenue. La chambre 3b qui forme cette veine enveloppante n'est pas reliée à l'orifice de refoulement 13b, du ventilateur, mais communique librement avec l'atmosphère par -le conduit 12b, de sorte que la circulation d'air dans cette chambre 3b est obtenue par l'ef- fet de succion exercé dans le'tuyau 5 par la veine centrale sortant du conduit 6.
Sur la fig. 5 les chambres le et 3c du brûleur, qui par ailleurs est .constitué de la même façon que sur la fig, 1, ont leurs parois à contour en spi- rale constituées par des surfaces réglées ; surface a ses génératrices rec- tilignes passant par un même point fixe sur l'axe et s'appuyant sur une directrice qui est une spirale logarithmique ou sensiblement telle.
Sur la fige 6, la sortie de la chambre 3d où se forme la veine annu- laire enveloppante se fait par un conduit annulaire 18 qui prolonge l'orifice po- laire 4d et qui est extérieur au tube 5d; ce conduit 18 est incliné vers l'axe polaire et s'arrête à quelque distance de l'extrémité du tube 5d..
En choisissant convenablement, par expérimentation, la distance entre l'extrémité du tube 5d et l'extrémité de ce conduit 18, il se produit à l'extrémité du tube 5d un décolle- ment de la veine d'air annulaire sortant du conduit 18, et il se forme, à l'extré- mité du tube 5d, un tourbillon inversé tournant dans le sens indiqué par les flè- ches, c'est-à-dire en sens contraire de l'écoulement de la veine centrale qui sort du tube 6d, ce qui a pour effet de ralentir l'écoulement des zones périphériques de cette veine centrale et d'en diminuer la quantité de mouvement, et pour consé- quence un raccourcissement de la flamme.
A la fig. 7 le tube 7e qui limite l'expansion transversale de la flam- me du brûleur est aménagé pour former chaudière. A cet effet, il est à double paroi et la cavité annulaire ainsi constituée est pourvue d'un départ d'eau chau- de 21 à l'extrémité du tube adjacente au brûleur, la cavité étant, à l'extrémité opposée du tube, en communication avec une arrivée d'eau 22.
Par ailleurs, cette extrémité du tube 7e opposée à celle où se trouve le brûleur aboutit à l'orifice polaire d'une chambre 23 à contour en spirale et qui est disposée de façon que ce contour en spirale s'éloigne de l'axe en tournant dans le sêns même de giration de la veine tourbillonnante en provenance du brûleur; le mouvement tourbillonnaire disparait dans cette chambre et la veine de gaz en sort animée d'un mouvement qui est sensiblement de translation .
Pour récupérer la chaleur encore présente dans ces gaz cette chambre 23 est avantageusement, comme représenté, à double pa- roi, la cavité ainsi constituée communiquant avec la cavité annulaire du tube 7e sur la fig. 7, mais on peut aussi ne pas faire communiquer l'une avec l'autre ces deux cavités et doter celle de la chambre 23 de ses propres orifices d'arrivée et de départ d'eau. On peut utiliser ce même appareil pour chauffer de l'air ou tout autre gaz ou liquide.
Dans l'exemple représenté aux figs. 9 à 11 de réalisation de moyens perfectionnés pour introduire dans la veine tourbillonnaire un fluide à mélanger à celle-ci, le tube 7fd'amenée de ce fluide est obturé en bout et communique avec
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l'extérieur par des orifices 26 dans sa paroi latérale, orifices inclinés d'avant en arrière, c'-est-à-dire en sens contraire de l'arrivée du fluide par le tuyau 7f, de sorte que ce fluide sort de ce tuyau, par les orifices 26, à contre-courant par rapport à la veine tourbillonnante.
De préférence, ces orifices sont égale- ment inclinés dans le sens périphérique de façon que les filets de fluide qui sortent par les orifices 26 aient une vitesse présentant une composante de rota-' tion dirigée en.sens inverse du mouvement de giration de la veine tourbillonnaire qui s'écoule autour du tube 7f, Ces orifices sont avantageusement obtenus au mo- yen d'une coiffe rapportée 27 creuse, qui présente à la périphérie de sa partie creuse des ailettes 28 (figo 11) et qui est plaquée en bout par la tranche de ses ailettes contre l'extrémité du tube 7f.
Dans la variante de réalisation représentée à la fig. 12 d'un appa- reil de chauffage du genre de celui représenté aux figs. 7 et 8, le conduit annu- laire 31 où circule le fluide à chauffer constitue le prolongement de l'orifice polaire 32 d'une chambre 33 à contour en forme de spirale, logarithmique, chambre disposée coaxialement au tube-foyer 16g, en l'espèce du côté opposé à celui où se trouve l'arrivée 34 de combustible. Le fluide à chauffer circule ainsi en sens inverse des gaz de combustion mais la disposition inverse pourrait être adoptée.
L'extrémité opposée de ce conduit annulaire 31 aboutit à l'orifice polaire 35 d'une chambre 36, également à contour en forme de spirale logarithmique, chambre coaxiale à ce conduit 31 et disposée de façon que la spirale se développe en tour- nant en sens contraire de celle de la chambre 33, le fluide chauffé trouvant ain- si des sections de passage progressivement croissantes dans sa traversée de cette chambre 36 afin que le mouvement de giration sur lui-même qu'il a acquis dans la chambre 33 soit progressivement annulé et une pression sensiblement égale rétablie en tous les points d'une section droite de la veine de fluide en circulation.
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De préférence le mouvement giratoire des gaz chauds est de sens con- traire à celui du fluide à chauffero
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux détails de réa- lisation représentés ou décrits lesquels n'ont été donnés qu'à titre d'exemples..
REVENDICATIONS.
1. - Perfectionnements aux appareils de mélange de particules solides et de fluides, ou de fluides entre eux, notamment aux brûleurs, caractérisés en ce qu'il est associé à une chambre à contour en spirale, à entrée tangentielle et à sortie par un orifice sensiblement polaire, en particulier à une telle chambre établie pour réaliser un écoulement du type puits-tourbillon à forte dépression axiale, et à moyens d'amenée dans cette région axiale de ce qui est à mélanger à une veine fluide amenée à traverser cette chambre, en particulier dans le cas d'un brûleur ainsi constitué, une paroi extérieure entourant, à quelque distance radiale, la veine en mouvement tourbillonnaire dès, ou sensiblement dès sa sortie de la chambre à contour en spirale.