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Perfectionnement aux brûleurs à combustibles gazeux.
La présente invention concerne les brûleurs à combusti- bles gazeux, à orifices multiples, et vise à réaliser une plus gran- de stabilité des flammes fournies par de tels brûleurs. Elle est spécialement applicable aux brûleurs à induction atmosphérique qui doivent être adaptés successivement à des combustibles gazeux diffé- rents ou à différentes pressions d'alimentation.
On sait que la stabilité des flammes d'un brûleur est li- mitée par deux phénomènes contradictoires à savoir: le retour de flamme, qui est observé lorsque la vitesse de propagation de la flamme, dans le mélange air-gaz est nettement supérieure à la vites-
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se de sortie du mélange à la tête du brûleur, et quand aucun dispo- sitif, n'est placé pour empêcher la flamme de "remonter" le courant gazeux - le décollement et le soufflage de la flamme, quand, au contraire, la vitesse de sortie du mélange gazeux est plus élevée que la vitesse de propagation de la flamme, et en l'absence du dis- positif de fixation ou d'accrochage de la flamme, le phénomène de soufflage s'amorçant à la partie la plus vulnérable de la flamme, par exemple dans une zone d'arrivée massive de l'air secondaire.
En dehors des désagréments que peuvent causer les deux phénomènes à l'état pur, il résulte du mauvais fonctionnement des brûleurs une perte de rendement calorifique, des dangers d'explosion lors des réallumages intempestifs, des détériorations du matériel, et la formation de résidus de combustion insalubres ou gênants (par exemple d'oxyde de carbone ou de suie).
En vue d'augmenter la stabilité de la flamme des brûleurs à combustibles gazeux à orifices multiples, suivant l'invention, on donne à ceux-ci une structure telle que les pertes de charge subies par les filets gazeux qui sortent de la partie inférieure de chaque orifice soient plus élevées que les pertes de charge subies par les filets qui sortent de la partie supérieure, afin que les premiers sortent avec une vitesse moindre que les seconds et que l'air secon- daire arrive dans les filets gazeux de moindre vitesse, un écran sen- siblement horizontal étant, en outre, prévu au niveau inférieur des orifices du brûleur pour que l'air secondaire n'atteigne pas brutale- ment la base de la flamme, mais s'incorpore progressivement à la dite flamme.
Grâce à l'ensemble de ces dispositions, on peut réaliser une variation importante de la vitesse de sortie du mélange gazeux selon les filets de gaz considérés, l'air secondaire arrive dans la zone du brûleur où la vitesse de sortie du gaz est la plus faible; la présence d'écrans protecteurs évite la rencontre brutale entre l'air secondaire et la flamme, dans la partie où elle est la plus vulnérable.
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Du fait de ces différentes particularités, on obtient une très grande stabilité de flamme, même aux très bas régimes correspon- dant, par exemple, à une différence de pression de 2 mm de colonne d'eau entre l'entrée et la sortie du brûleur, une marche hygiénique quelles que soient la puissance calorifique demandée, la nature du gaz utilisé et la pression d'alimentation, une grande faculté d'adap- tation aux divers gaz combustibles utilisables, et enfin, un rende- ment énergétique maximum résultant du modelage possible du front de flamme pour l'adapter à l'objet qui doit être chauffé.
Grâce à leur structure particulière on peut construire des brûleurs très robustes présentant une grande souplesse de fonctionne- ment et une grande stabilité de flamme. Les formes des dits brûleurs peuvent être modelées selon les différents problèmes de chauffage à résoudre, et ces brûleurs peuvent, en outre, être alimentés en gaz de caractéristiques très diverses avec des rendements variant peu selon les divers gaz utilisés.
L'invention a également pour objet des modes de réalisation',., comportant l'une au moins des caractéristiques suivantes et plus particulièrement leurs différentes combinaisons : a) dans le cas où les orifices du brûleur sont constitués, chacun par une fente, on réalise une perte de charge variable suivante le niveau auquel sort le gaz de la dite fente, en réalisant une Fente de largeur constante et de profondeur variable, b) dans un orifice en forme de fente, on réalise des per- tes de charge variables, par une chicane disposée à l'entrée du dit orifice, c) l'écran précité présente un rebord sensiblement verti- cal faisant face aux orifices de sortie du gaz, sur une petite frac- tion seulement de la hauteur des dits orifices.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion suivante et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à ti- tre d'exemples, seulement, quelques modes de réalisation de l'inven- tion.
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Sur ces dessins : la figure 1 représente schématiquement, en élévation, un brûleur type suivant l'invention, la figure 2 est, à plus grande échelle, une coupe partiel- le faite suivant la ligne II-II de la figure 1, les figures 3 et 4 sont des vues analogues à la figure 2 et montrent deux variantes, la figure 5 est une coupe partielle faite suivant la li- gne VI-VI de la figure 6, la figure 6 montre un mode de réalisation du brûleur avec chicane devant chaque orifice de sortie du gaz, les figures 7 et 8 montrent, en élévation, deux autres types de brûleurs selon l'invention.
Le brûleur dit "brûleur pipe" représenté sur la figure 1, comporte un corps 1 d'arrivée de gaz, sur lequel est placé un orga- ne 2 de répartition du mélange gazeux, surmonté d'un plateau 3.
L'organe 2 de répartition du mélange gazeux est de forme extérieure tronconique et de forme intérieure cylindrique (voir aussi figure 2).
Sa paroi est traversée par des fentes radiales 4 dont la largeur est constante, mais dont l'épaisseur diminue de la partie inférieu- re vers la partie supérieure, étant donné l'obliquité de la face extérieure tronconique du corps 2. Les filets de mélange gazeux, qui entrent dans le corps 1, subiront donc, en passant dans les fentes 4, des pertes de charge différentes, suivant les niveaux auxquels, ils se trouvent dans les dites fentes. La perte de charge est maxi- mum à la base de la fente, de sorte que la vitesse de sortie du gaz sera la plus faible à la base de l'organe de répartition du mélange gazeux. C'est précisément à cet endroit que se fait l'arrivée d'air secondaire, celui-ci n'aura pas donc tendance à nuire à la stabili- té de la flamme.
Un écran sensiblement horizontal 6 entoure l'organe 2 de répartition du mélange gazeux, juste au niveau inférieur des fentes 4 de sortie du gaz, de façon que l'air secondaire n'attaque pas bru- talement la base des flammes et s'incorpore progressivement à celles-
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ci, toujours en vue de ne pas nuire à la stabilité de la flamme.
Cette combinaison de moyens, à savoir : le fait de pro- duire des pertes de charge différentes dans la hauteur des fentes, de façon que la vitesse de sortie des gaz soit minimum à la base des fentes, d'amener l'air secondaire précisément à l'endroit où la vitesse des filets de gaz est minimum et la présence d'un écran ho- rizontal 6, à la base de la flamme, procure une amélioration de la stabilité nettement plus grande que la somme des améliorations que l'on peut obtenir par l'utilisation séparée de chacun de ces moyens, ainsi que l'a montré l'expérience.
Avec un brûleur tel que celui qu'on vient de décrire, une fois le régime établi, c'est-à-dire lors- que le brûleur a atteint sa température stationnaire, on a constaté, par rapport à un brûleur qui n'est pas muni de l'écran 6, une amé- lioration faisant passer de 1620 à 3090 le débit calorifique en mil- lithermies par heure par cm2 de section de la sortie du gaz du brû- leur. L'écran renforçant la stabilité des flammes, il est possible de pousser assez loin le débit calorifique avant d'observer un décol- lement de la flamme. En combinant le système de l'écran, avec le système de fentes créant des pertes de charge plus élevées à la base qu'au sommet, on peut arriver à froid, à un débit calorifique supé- rieur à 2. 000 millithermies par cm2, c'est-à-dire à sensiblement le double de ce qu'on obtiendrait sans écran.
On peut encore renforcer le rôle de l'écran 6 si l'on divi- se celui-ci en deux échelons, c'est-à-dire si on le munit d'un rebord sensiblement vertical 8 (figure 4) faisant face aux orifices de sor- tie du gaz sur une petite fraction seulement de la hauteur des dits orifices.
A titre d'exemple, on peut donner aux fente!rune hauteur de 6 mm, une largeur de 1,5mm, une profondeur au sommet de 2 mm et un angle d'inclinaison de la face extérieure de l'organe répartiteur de 45 , la largeur de l'écran 6 étant de l'ordre de 4 mm et la hau- teur du Rebord de l'ordre de 2 mm.
Avec les caractéristiques que l'on vient de donner on dé- passe alors 4.000 millithermies par em2 avec un brûleur froid, c'est-
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à-dire que l'on double encore le débit calorifique admissible.
Sur la figure 3 on a représenté une variante de forme de fente 7 limitée, à l'extérieur par une surface cylindrique 11, et à l'intérieur par une surface tronconique 12 évasée vers le haut.
On observe que, aux erreurs d'expériences près, l'inclinai- son de la face de sortie du brûleur est un facteur négligeable, quand la base de la flamme est protégée par un écran, de l'action des fi- lets d'air secondaire ascendants. Quantitativement, quand l'angle a de la figure 2 passe de 40 à 45 puis à 50 , le débit calorifique de soufflage varie de 2090 à 2120 pour baisser à 1960 pour un angle de 90 .
Comme l'orientation de la face de sortie commande la forme générale de la flamme du brûleur, on peut modeler cette forme sans perdre beaucoup sur la puissance calorifique du brûleur, tout en res- pectant les conditions de stabilité, et cette particularité permet de modeler la flamme des brûleurs selon l'invention.
C'est ainsi par exemple que l'on peut facilement réaliser des brûleurs suivant l'invention, présentant la configuration 16 re- présentée sur la figure 7 pour un brûleur de gril (la flamme étant représentée en 20 et léchant les aspérités 21 de la plaque rayonnan- te), ou celle représentée en 17 sur la figure 8 pour un brûleur de machine à laver.
Il suffit d'orienter et de disposer les fentes des brû- leurs de manière à réaliser une variation convenable des vitesses d'é- coulement du gaz et une orientation convenable du plan de la face de sortie du brûleur, pour que la flamme soit dirigée dans la bonne di- rection.
La largeur de l'écran placé à la base des fentes joue un grand rôle dans la résistance de la flamme au soufflage. Toutefois, au fur et à mesure qu'on augmente la largeur de cet écran, le gain en ± 3 stabilité est rapidement annihilé par un phénomène secondaire gênant, à savoir le manque d'aération à la base de la falmme. Théoriquement, la flamme restant stable pour des débits calorifiques plus importants, on pourrait diminuer relativement les dimensions géométriques du brû- leur.
Mais le gain de puissance, spécialement dans le cas de
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brûleurs alimentés en gaz naturel, qui ne sont pas à injection d'air total, est trop faible comparé à la perte de rendement, la combustion peut cesser d'être hygiénique et on ne gagne rien au-delà d'une lar- geur de l'ordre de 4 à 5 millimètres pour l'écran.
L'épaulement de l'écran tant qu'il n'interfère pas avec l'aération ou qu'il ne se prolonge pas dans la flamme elle-même, a un effet constant. Mais il faut qu'il soit continu et cela oblige à maintenir industriellement sa hauteur aux alentours de 2 mm pour des brûleurs courants.
La largeur des fentes, distance entre les deux plans parai-; lèles qui découpent les parois du brûleur, est un facteur important de stabilité des flammes. Quand la largeur des fentes croit, le taux d'aération, toutes choses égales d'ailleurs, croit également, la sta- bilité de la flamme au soufflage aussi.
Toutefois la tendance au retour de flammes croit également, et dans le cas de brûleurs qui pourront être alimentés, soit au gaz de ville, soit au gaz naturel, la largeur des fentes de 1,5 mm re- présente un compromis acceptable dans les conditions usuelles d'em- ploi de ces deux gaz.
Le volume de la chambre du brûleur, en amont des fentes, est sans influence sur la stabilité des flammes au soufflage ou au retour de flammes, sous réserve que le mélange air-gaz ait pu se réaliser de façon homogène.
On constate que, pour une grande variation de régime d'un brûleur individuel, le front de flamme reste stable, ce qui permet d'obtenir un rendement calorifique constant sans nuire aux qualités de la flamme. On peut orienter facilement ce front de flamme en pro- fitant notamment du fait que pour les fentes du type de la figure 2, les caractéristiques du brûleur changent peu avec le-orientation de la face de sortie du brûleur.
On peut réaliser une variation de la perte de charge aux différents niveaux des orifices de sortie du gaz par'd'autres moyens que par la variation de la largeur de la fente et, par exemple, au moyen de chicanes, par exemple des chicanes en forme de pointes 18,
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comme représenté sur les figures 5 et 6, les dites chicanes étant disposées à l'intérieur de l'organe de répartition du gaz, devant l'entrée des fentes 19 qui, dans cet exemple, sont de largeur con- stante.
De préférence toutefois, pour des commodités de construc- tion, le système de chicane peut être réalisé sous la forme d'une couronne placée derrière les fentes.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui ont été donnés à titre d'exem- ples, on peut y'apporter de nombreuses modifications accessibles à l'homme de l'art, sans sortir, pour cela du cadre de l'invention.