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la "Appareil pour/combustion de combustibles liquides ou gazeux sui- vant le principe de recirculation". la
L'invention se rapporte aux appareils pour/combustion de combustibles liquides ou gazeux suivant le principe de recircula- tion, comprenant essentiellement un brûleur et un ventilateur four- nissant l'air de combustion au brûleur. Le principe de recircula- tion pour la combustion de tels combustibles est connu et peut être réalisé de manière connue de la façon suivante. Un cône creux de combustible est introduit d'une bouche dans une chambre de combus- tion. Un cône creux d'air, entourant le c8ne de combustible, est
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insufflé dans la chambre de combustion par un. orifice annulaire d'insufflation autour de la bouche à combustible,et les angles des deux cônes doivent être à peu près les mêmes.
Si la vitesse de l'air, l'épaisseur du cône d'air, la pression statique de l'air avant la sortie de l'orifice, la vitesse et le débit du combusti- ble sont tous bien ajustés et balancés, une raréfaction est créée à l'intérieur du cône d'air. Cette raréfraction provoque une dévia- tion des deux cônes vers l'axe commun, commençant à une certaine distance de la sortie. Une recirculation de l'air de combustion se présente à l'intérieur des cônes et l'air est mélangé avec du gaz de combustion et avec du combustible, du gaz ou du liquide vapori- sé ou non. Une recirculation pareille peut être observée autour du cône d'air.
Grâce à la recirculation, l'on obtient un Mélange très intime desdits composants, combiné avec une vaporisation et/ou un préchauffage du combustible, ce qui assure une combustion com- plète avec un minimum d'air en excès. La flamme brûle calmement et silencieusement, contrairement à ce qui se passe dans des brûleurs ordinaires sans recirculation ou dans des brûleurs avec une mauvai- se recirculation. Quand la recirculation est bien appropriée, il est possible d'obtenir des pourcentages de dioxide de carbone voi- sins de la limite théorique de 15% environ pour les huiles ordinai- res. La flamme n'est pas dépendante des parois chaudes environnan- tes mais elle peut bien brûler, même à l'air libre.
Dans de grandes installations comme par exemple pour l'industrie, le poste de combustion lui-même ne représente qu'une petite partie des frais d'installation totaux. Les frais addition- nels pour les dispositifs de régulation et de contrôle nécessaires à la réalisation de la combustion à recirculation sont telle.aent petits dans l'ensemble qu'ils ne jouent aucun rôle. Du personnel technique qualifié est en général présent pour la surveillance et l'inspection,et ues instruments de contrôle sont mis à sa dispo- sition.
Le propriétaire de l'installation est bien au courant de
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l'importance de son fonctionnement pour un rendement optimilm,
De telles conditions favorables n'existent cependant pas dans les petites installations pour lesquelles l'invention en premier lieu est destinée. Par exemple,dans le calcul pour une pe- tite maison, l'installation du chauffage central fait une assez grande partie du total et il n'y a aucune marge pour des perfec- tionnements techniques comme dans les grandes installations. Le propriétaire est le plus souvent ignorant des conditions requises pour le meilleur rendement de son installation de chauffage, et des instruments de contrôle n'entrent pas en question.
Pour le propriétaire aussi bien que pour le fournisseur et les hommes de service, la question la plus essentielle est celle du fonctionne- ment sûr de l'installation, c'est-à-dire du brûleur. La question du rendement est secondaire, sinon pas du tout considérée. Pourtant, dans bien des pays, de petits postes pareils d'une puissance entre 10.000 et 100.000 kcal/h environ représentent ensemble un très grand groupe de consommateurs d'huile.
Grâce à la présente invention, il est devenu possible de profiter des avantages de la combustion à recirculation égale- ment pour de petites installations dans le cadre d'une économie li- mitée, et ces avantages sont le haut rendement, le fonctionnement silencieux et l'absence de suie. Selon l'invention, l'effet de re- circulation voulu est obtenu par la combinaison, d'une part, de bouches d'insufflation échangeables et leurs moyens d'ajustage final et, d'autre part, d'un ventilateur à air de combustion ayant une courbe de pression constante dans le domaine d'utilisation. Ces qualités del'invention et ses caractéristiques ressortent de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant au dessin annexé, dans lequel :
La figure 1 montre une flamme de recirculation en sec- tion longitudinale et axiale.
La figure 2 montre un appareil en section longitudina- le et verticale, adapté pour une flamme de longueur moyenne.
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Les figures 3 et 4 montrent en section longitudinale des bouches d'échangement destinées à l'obtention d'une flamme courte et longue respectivement.
Les détails dans les différentes figures ayant le même fonctionnement portent les mêmes numéros de référence.
Selon la figure 1, une bouche d'insufflation à pour le combustible est placée au milieu d'un orifice d'entrée d'air B d' un brûleur C. La bouche A disperse un brouillard d'huile en forme d'un cône creux D dans la chambre de combustion à droite de C. Au- tour du cône de combustible D, un autre cône creux de l'air de com- bustion E sort de l'orificie B. Quand la flamme est allumée, ce qui peut être fait avec un allumeur électrique de manière connue, elle est enveloppée dans le cône d'air E. Pourvu que la vitesse de l'air soit assez grande, une raréfaction est créée dans les cônes qui fait se contracter la flamme F, et en dedans de la flamme creu- se une circulation de gaz de combustion chaud qui coule suivant les flèches G, même en sens contraire à la direction principale de l'air primaire et de la flamme.
Egalement autour du cône d'air E, une recirculation existe, indiquée par les flèches H. L'insuffla- tion d'un certain débit d'air le long de l'axe des cônes sert à régler la déformation de la flamme et à empêcher que sa pointe ne s'approche trop de la sortie.
La combustion selon le principe de recirculation n'est pas toujours idéale. Au contraire, il est très important que les différents éléments soient bien proportionnés pour que l'effet vou- lu soit atteint. Une petite déviation d'un élément de sa propre va- leur peut diminuer le bon rendement d'une façon sensible. La diffi- culté d'obtenir une combustion à recirculation effective avec des moyens simples explique sans doute pourquoi ce principe n'est pas entré dans le domaine des petites installations.
Comme montré à la figure 2, l'appareil complet 1 compor- te un ventilateur centrifuge 2, dont la sortie a la forme d'un man- chon 3. Dans ce manchon une douille 4 est introduite contenant une
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tête de brûleur 5 au bout d'un tube de combustible 6 aboutissant à un pulvérisateur 7. A la face de la tête dubrûleur se trouve ur. c8ne d'embourchure 8 à l'intérieur duquel est contenu un autre cô- ne 9,' coaxial avec le premier et muni d'une rangée de petits trous 10. Ceux-ci servent à l'insufflation auxiliaire de l'air précité.
La douille 4 finit également dans un.cône 11, devant lequel se trouve un anneau guidant 12 avec des lames directrices 13, de pré- férence inclinées de manière connue. Les cônes différents ainsi que les douilles sont circulaires et concentriques par rapport à l'axe du brûleur.
Le tube 6 a une prolongation en arrière 14 traversant le dos de la carcasse du ventilateur. Cette prolongation est file- tée à l'extrémité et fixée à la carcasse au moyen de deux écrous
15 et 16. Un branchement 17 du tube 6 sert à centrer le tube et la tête du brûleur. Au moyen de la partie filetée de la prolonga-
6 tion 14 et des deux écrous 15 et 16, le tube/et avec lui la tête du brûleur 5 avec le pulvérisateur 7 et les cônes 8 et 9 peuvent ê- tre déplacés le long de l'axe. De cette façon, la distance entre les deux cônes 8 et 11 peut être réglée. Le flux d'air coule du ventilateur 2 par le manchon 3 et la douille 4, traverse l'anneau
12 autour de la tête du brûleur 5 et sort par l'interstice entre les cônes d'embou chure 8 et 11.
Chaque pulvérisateur débite une certaine quantité de combustible par unité de temps et avec un cer- tain angle du cône du brouillard. Le dispositif d'allumage n'est pas montré sur le dessin, car il ne fait pas partie de l'invention.
L'anneau 18, indiqué par des lignes mixtes, représente la roue du ventilateur dont la construction est d'une importance spéciale et sera décrite par la suite. A l'intérieur de la carcas- se se trouve un clapet 19, dont le rôle sera également décrit plus loin.
L'appareil suivant la figure 2,maintenant décrit,peut fonctionner suivant le principe de la recirculation sans que l'idée
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de l'invention soit réalisée. Pourvu que le cône d'air corresponde au cône de combustible, il est possible de trouver d'une faon ex- périmentale la vitesse appropriée du ventilateur en faisant augmen- ter graduellement sa vitesse à partir du démarrage, par exemple en utilisant un moteur à courant continu et une résistance de régla- ge de la vitesse. Pour une certaine combinaison de brûleur, chaque vitesse du ventilateur correspond à une certaine vitesse et à un e certain débit de l'air sortant, le dernier dépendant essentille- ment de la distance entre les deux cônes de bouche 8 et 11.
Quand la combustion la plus efficace a été trouvée en faisant monter et retomber la vitesse du ventilateur, la vitesse appropriée de celui- ci est fixée pour la combinaison du brûleur en question. Une recher che et un ajustage pareils peuvent être faits dans un laboratoire de combustion, mais pas dans une maison privée, en tout cas pas d'une façon pratique.
L'appareil suivant la figure 2 peut être adapté pour un débit d'huile de 1 gph (gallon à l'heure = 3,8 1/h) par exemple, et la pression de l'air, les angles des cônes et la distance entre les cônes de bouche 8 et 11 peuvent être ajustés de manière connue pour la meilleure combustion de recirculation. L'ajustage est fixé pour une certaine combinaison de brûleur. Sans remplacement de la douille 4 et avec l'anneau 12 maintenu en place, le pulvérisateur précité pour 1 gph peut être remplacé par un autre pulvérisateur débitant soit 1,2 ou 1,5 gph sans que l'on s'écarte trop du point du meilleur rendement.
Pourtant, une réduction du rendement survient, mais l'on peut facilement y remédier en ajustant la distance entre les deux cônes 8 et 11, ce qui est facile à faire au moyen des deux écrous 15 et 16 à l'aid3 d'un calibre ou un autre outil approprié.
Or, si le brûleur doit fonctionner avec un débit plus encore faible par exemple de 0,5 à 0,75 gph, il faut remplacer la douille
4 de la figure 2 par la douille 4 de la figure 3 pour une flamme plus courte, cette douille donnant un angle de cône d'air plus obtus
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Dans ladite zone, il est utile d'avoir un pulvérisateur pour 0,5 un pour 0,6 et un pour 0,75 gph. L'ajustage ultime se fait comme décrit en faisant varier la distance entre les cônes 8 et 11.
Si le brûleur doit fonctionner pour un débit plus grand que dans le tout premier cas, par exemple pour 2,0 à 2,5 gph, il faut utiliser une douille 4 de la figure 4 donnant un cône d'air à aigu angle/égal au cône d'huile des pulvérisateurs pour 2,0 ou 2,5 gpn.
L'ajustage final se fait comme déjà décrit.
Conformément à l'exemple maintenant décrit, il est pos- sible d'obtenir toute une série de débits de combustible ou de ca- lories en changeant seulement de pulvérisateur et de douille et en ajustant, après le remplacement, la distance entre les cônes de bouche 8 et 11. Les débits différents ainsi obtenus sont donc : 0,5, 0,6, 0,75, 1,0, 1,2, 1,5,2,0 et 2,5 gph. De tels brûleurs sont déjà en utilisation pratique et l'on est arrivé à des pourcen- tages de dioxide de carbone aussi élévés que 13% à un nombre de suie de 4 selon Bacharach. Si au contraire les différents pas entre 0,5 et 2,5 gph sont obtenus uniquement par ajustage, il faut un équipement de laboratoire pour la mise au point de chaque brûleur particulier.
Pour la zone précitée de 10.000 à 100.000 kcd/h,le débit d'air de combustion varie de 10 à 100 m3/h environ, chiffre théori- que. Si une marge de sécurité de 50% est admise, la zone s'éten- drait de 10 à 150 m3/h. A l'intérieur de cette zone, il faut que la pression statique avant la sortie du ventilateur soit à peu près constante, sinon une mise au point spéciale du débit d'air serait ensable, par exemple cornue celle décrite dans le brevet améri- cain 2.393.897 (page 2, colonne 2, lignes 30-34). Mais, pour réali- ser l'idée de l'invention, il ne faut point faire une mise au point du débit d'air en réglant l'orifice d'entrée du ventilateur.
Pour la réalisation de l'effet de recirculation voulu, la pression à la sortie du ventilateur doit être de 10 à 12 mm d'eau environ. Elle ne doit pas dépasser 15 mm. Afin d'obtenir une telle
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pression avec un ventilateur faisant environ 1500 tours/minute, il faut que la roue du ventilateur soit munie d'ailettes courbées en avant. La possibilité d'utiliser une roue avec des ailettes cour. bées en arrière à une vitesse plus élevée doit être évitée. Pour un moteur à induction à 50 périodes, le pas de vitesse au-dessus de 1500 tours/minute est de 3000 tours/minute, une vitesse impossi- ble à utiliser pour une marche silencieuse. D'autre part, un moteur à 1500 tours/minute avec la roue du ventilateur calée sur le bout d'arbre peut marcher pratique-Tent silencieusement.
Toutefois, les ventilateurs à ailettes courbées en avant ont une caractéristique montante du point d'étranglement complet jusqu'à un maximum. La courbe peut être modifiée et devenir presque une ligne horizontale si la roue du ventilateur est faite avec une largeur beaucoup moindre que celle des roues conventionnelles, tout en conservant la forme des ailettes. En plus,' la fente entre le bord de l'entrée de la roue et la carcasse doit être assez lar- ge pour assurer une circulation d'air entre la sortie et l'entrée de la roue à l'intérieur de la carcasse.
Les dimensions suivantes sont trouvées convenables pour des débits entre 10 et 150 m3/h, à savoir :
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<tb> Diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> roue <SEP> 170 <SEP> mm
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<tb> Largeur <SEP> de <SEP> la <SEP> roue <SEP> 30 <SEP> mm
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<tb> Largeur <SEP> intérieure <SEP> de <SEP> la
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<tb> carcasse <SEP> 80 <SEP> mm
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<tb> Largeur <SEP> de <SEP> la <SEP> fente <SEP> 7 <SEP> mm
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<tb> Vitesse <SEP> 1400 <SEP> tours/minute.
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Normalement, aucun réglage du.débit d'air n'est nécessai- re, et en aucun cas il ne faut le faire du côté d'aspiration, étant donné qu'un tel réglage amènerait une variation de la pression sta- tique. Le clapet à l'intérieur 19 ne constitue qu'un dispositif de réglage de réserve qui, normalement, n'est pas utilisé.
L'exemple d'exécution illustré et décrit n'est qu'une construction préférée. L'idée de l'invention peut se réaliser de
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bien d'autres façons,sans sortir du cadre de l'invention.
Même si l'invention est d'une utilité principale pour, la combustion des combustibles liquides, -''le peut également être employée avec dès combustibles gazeux ou vaporeux.
Au lieu de varier la distance entre les deux cônes de bouche 8 et 11 en déplaçant la tête du brûleur 5 dans le sens de l'axe en faisant l'ajustage final, il est possible de maintenir la tête du brûleur 5 dans une position fixe et de faire l'ajustage en déplaçant la douille 4 dans le manchon 3. A cette fin, il faut que la douille coulisse dans le manchon ou bien qu'elle soit vis- sée à l'intérieur ou à l'extérieur de celui-ci.
De telles variantes et encore bien d'autres selon l'es- prit de l'invention sont comprises dans les revendications suivan- tés.
REVENDICATIONS.
1. Appareil pour la combustion de combustibles selon le principe de la recirculation comportant un brûleur et un ventila- teur d'air de combustion avec une tête de brûleur cylindrique ayant une bouche d'insufflation de combustible centrale, remplaable pour l'obtention de débits et d'angles de dispersion différents, ayant au bout un cône de bouche et entourée d'une douille concentri- que entre laquelle et la tête du brûleur existe un passage à sec- tion annulaire conduisant l'air du ventilateur et de préférence con- tenant des lames directrices, caractérisé en ce que la douille est remplaçable par d'autres douilles, chaque différente douille étant destinée à fonctionner avec une certaine bouche d'insufflation du combustible,
la douille et la tête du brûleur étant réciproquement e déplaçables dans le sens de l'axe pour le réglage ultime de la sorti étant r de l'air,et le ventilateur/muni de dispositifs pour assuer, à une vitesse constante, une pression statique constante à la sortie du ventilateur indépendamment des variation3 du débit d'air.