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Brûleur pilote" la présente invention concerne les brûleurs, et a essentiellement pour objet, un brûleur du genre brûleur pilote susceptible de fonctionner en particulier mais non exclusivement au gaz de haut-fourneau.
On sait duo les brûleurs ont pour but de nottre en présence l'air et 'le gaz nécessaires pour réaliser la com- bustion et que lesbrûleurs pilotes servent généralement à l'allumage des brûleurs principaux ou à la sécurité des brûleurs principaux en assurant en permanence une flamme veilleuse.
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L'invention a essentiellement pour objet un brûleur du type comprenant une chambre de mélange.suivie d'une chambre de combustion, ces'deux chambres étant constituées de deux tubulures coaxiales, remarquable notamment, en ce que les diamètres des tubulures précitées sont déterminées en fonction du débit de gaz et d'air, de telle sorte que la section de la chambre de mélange soit assez réduite pour que le mélange galeux combustible y ait une vitesse dcoulement supérieure à la vitesse critique, c'est-à-dire à la vitesse de déflaGra- tion ou célérité du déplacement du front de flamme, dans ladite chambre de mélange,
tandis que la section de la chambre de combustion est assez grande pour que le.uélange gazeux combustible y ait une vitesse d'écoulement inférieure à la vitesse critique, ou célérité du déplacement du front de flamme et à fortiori par conséquent, inférieure à la vitesse de soufflage, \
Il en résulte que la combustion commencera dans la tubulure de grand diamètre, d'où la désignation de chambre de combustion, et que la combustion ne remontera pas dans la tubulure de petit diamètre ,que l'on a appelée chambre de mélange, pour éviter l'incident dit "prise de feu à l'in- jecteur", ou retour de flamme,
Selon une autre caractéristique de la présente inven. tion, le diamètre de la chambre de combustion est sensible- ment le double du diamètre de la chambre de mélange;
il en résulte que la section de la chambre de combustion est à peu près quatre fois la section de la chambre do Mélange, la Vitesse d'écoulement du mélange gazeux combustible gaz + air est donc approximativement quatre fois plus grande dans la chambre da mélange que dans la chambre de combustion,,
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Selon une autre caractéristique de la présente inven- tion, le diamètre de la chambre de combustion, tout en étant assez grand, comme indiqué ci-dessus, pour que dans cette chambre la vitesse d'écoulement du mélange gazeux combustible soit inférieure à la vitesse d'avancement du front de flamme, c'est-à-dire pour que la flamme puisse remonter facilement dans cette chambre de combustion,
est limité de façon à pouvoir protéger la flamme d'une extinction éventuelle par soufflage,
La longueur de la chambre de mélange est déterminée pour que le mélange soit complet et que le régime d'écoule- ment soit établi, ce qui nécessite une longueur de tubulure supérieure à un minimum variable avec le diamètre* On Était que si la longueur de tubulure utilisée est. inférieure au minimum précédent, la vitesse critique croit rapidement, et.
par suite , on court le risque d'avoir une prise de feu à l'injecteur, Conformément à une des caractéristiques de la présente invention, la longueur de la chambre de mélange, compte tenu du pouvoir calorifique du combustible envisagé, est sensiblement égale, ou légèrement supérieure, à deux fois son diamètre.
Conformément à une autre caractéristique de l'inven- tion, la longueur de la chambre de combustion est sensible- ment égale, ou légèrement supérieure à. son diamètre. On a trouvé qu'ainsi, la flamme remontait facilement dans la chambre de combustion, et qu'on diminuait les risques de voir la flamme devenir aérienne, et s'éteindre par soufflage.
Conformément à une autre caractéristique importante de la présente invention, on a constaté que le raccordement de la chambre de mélange à la chambre de combustion était avantageusement réalisé par une paroi sensiblement en forme
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de tronc de cône; il peut aussi être avantageux de prévoir
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"'--ë=frt.:' c'tiff1.>e.icit- tronconique-# un ou plusieurs orifices pour "-facilité- l'allumage, et éventuellement permettre un.échap- peinent de mélange combustible en cas de contre-pression.
' @ Bien-que. l'invention s'applique aux brûleurs induits, on a constaté de façon surprenante qu'un brûleur selon l'in- vention peut être équipa d'une arrivée d'air sous pression, et fonctionne parfaitement dans ces conditions. On sait que dans les brûleurs induits, on utilise l'énergie disponible dans l'un des fluides pour provoquer 1 le mouvementé l'autre on pout donc ainsi utiliser l'énergie potentielle du gaz, généralement faible, mais cependant non négligeable.
D'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description qui va suivre,
Dans le dessin annexé, donnai uniquement à titre d' exem- ple, la figure unique représente une coupe longitudinale axiale d'une forme de réalisation d'un brûleur conforme a la présente invention.
Dans cette forme de réalisation, le brûleur pilote comprend essentiellement une arrivée de gaz 10, un injecteur
11 à l'orifice de sortie calibré 12, une arrivée d'air 13 débouchant dans une chambre annulaire 14, une chambre de mélange 15 et une chambre de combustion 16, Afin d'avoir une répartition correcte de l'air autour du courant de gaz, la chambre 14 est constituée de deux chambres annulaires con- centriques 20 et 21, séparées par une cloison 22 comportant plusieurs orifices de communication 23,
Dans le cas du gaz de haut-fourneau, ce gaz a une maose spécifique très voisine de celle de l'air, et on remarque alors! que les tubulures d'air et de gaz peuvent être inver- sées, l'air arrivant par la tubulure 10, et le gaz par la tubulure 13.
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Pour égaliser la pression d'air, ou le cas échéant de gaz,'dans la chambre annulaire intérieure 20, de préférence il n'y a pas d'orifice 23 en regard de l'arrivée de la cana- lisation 13 @ il y a par exemple trois orifices de communica- tion entre les deux chambras, répartis à 120 autour de l'axe du brûleur, un des orifices étant diamétralement opposé à l'entrée do la canalisation 13 dans la chambre extérieure 21.
L'orifice de sortie calibré 12 peut, par exemple, présenter la forme d'un tronc de cône convergent et la paroi frontale , 24 d la chambre annulaire intérieure d'air est sensiblement parallèle 4 la paroi tronconique de l'orifice de sortie ' calibré Cette paroi 24 se raccorde à une tubulure 26 limi- tant 1 la chambre de mélange 15.
@
On voit que l'ensemble précédent constitue une pompe et pout faire l'objet d'un calcul analogue à celui développé par "Râteau" à propos de ces appareils. On peut aussi se servir do la formule approchée suivante @ m1 v1 = v (m1 + m2) dans laquelle V1 est la vitesse d'écoulement du gaz (ou de l'air, si c'est do l'air qui oat soufflé),, v est la vitesse d'écoulement du mélange (gaz + air), m1 et m2 étant les débits masse du gaz et de/l'air, c'est-à-dire les masses de gaz ot d'air traversant une section pondant l'unité de temps (la vitesse d'écoulement de-l'air, V2 étant supposée nulle).
La paroi 26 de cotte chanbre do mélange est raccordée à la paroi 27 de la chambre de combustion qui lui fait suite par une paroi tronconique ou sensiblement tronconique 28,
Conformément à l'invention, le diamètre de la chambre 16 (paroi 27) est le double du diamètre de la chambre 15 (paroi
26) et la longueur de la chambre 15 est le double de son diamètre tandis quo la longueur do la chambre 16 est égale à son diamètre
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La paroi conique 28 peut avantageuscment comporter un ou plusieurs orifices 29, par exemple deux, qui peuvent ser- vir à l'allumage du brûleur et qui, pour certaine régimes do marche, en cas de contre-pression, permettent un échappement du mélange gazeux,
on combustion ou non Cette particularité pout être aise à profit on plaçant au voisinage d'un de ces orifices un dispositif sensible à la température qui peut par exemple donner l'alerte ou agir sur un système de régu- lation. Le demi-angle au sommet du cône constituant l'orifice de sortie calibré 12 peut avantageusement être de quinze degrés (15 ), et le demi-angle au sommet du trono de cône de raccordement de la paroi 18 de la chambre do mélange à la paroi 19 do la chambre de combustion peut avantageusement être de trente degrés (30 ).
Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, le tubo 10 de l'arrivée de gaz peut être réglé axialomont on position par rapport à la chambre de mélange ou à l'arrivée d'air. Ceci cet obtenu do façon très simple on munissant le tube 10 sur sa surface extérieure d'un filetage coopérant avec un taraudago exécuté dans la paroi postérieure 30 do la chambre de mélange* L'ensemble peut éventuellement être bloqué au moyen d'un contre-écrou.
@@ Le brûleur ci-dessus décrit, pout avantageusement être utilisé comme brûleur pilote; il peut être également utilisé comme brûleur-principal pour le chauffage d'installations du genre des radiateurs, des aérothermes, des chauffe-bains, échangeurs, chaudières, fours, etc...
-Un tel brûleur présente l'avantage de pouvoir fonction- ner parfaitement au gaz do haut-fourneau et présente on outre, les avantages suivants il a une flamme insoufflablo qui est stable aux différentes allures; il a une température de flamme
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Maximale et fonctionne aussi bien à l'air aspiré qu'à l'air soufflé; il a un taux do combustion très élevé et ne nécosaite pan de chambre dû' combustion spéciales Comme il ressort du dessin ci-joint, il est d'une conception particulièrement simple et ne comporte aucune pièce compliquée;
il en résulte que sa fabrication est peu onéreuse et son prix de revient est remarquablement bas, Comme on l'a déjà remarqué, on peut aussi réaliser des brûleurs principaux sur le môme principe
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
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Pilot burner "The present invention relates to burners, and essentially relates to a burner of the pilot burner type capable of operating in particular but not exclusively on blast furnace gas.
We know that the purpose of the burners is to provide us with the air and gas necessary to carry out the combustion and that the pilot burners are generally used to ignite the main burners or to ensure the safety of the main burners by permanently ensuring a pilot flame.
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The subject of the invention is essentially a burner of the type comprising a mixing chamber followed by a combustion chamber, these two chambers consisting of two coaxial pipes, notably remarkable in that the diameters of the aforementioned pipes are determined by function of the gas and air flow, so that the cross section of the mixing chamber is small enough for the combustible mangy mixture to have a flow velocity greater than the critical velocity, i.e. at the deflagration speed or speed of displacement of the flame front, in said mixing chamber,
while the section of the combustion chamber is large enough for the combustible gas mixture to have a flow velocity below the critical velocity, or velocity of the displacement of the flame front and a fortiori therefore, below the velocity blowing, \
As a result, combustion will begin in the large diameter pipe, hence the designation of combustion chamber, and that combustion will not rise in the small diameter pipe, which has been called the mixing chamber, to avoid the incident called "ignition of the injector", or flashback,
According to another characteristic of the present inven. tion, the diameter of the combustion chamber is approximately twice the diameter of the mixing chamber;
As a result, the section of the combustion chamber is approximately four times the section of the mixing chamber, the flow velocity of the combustible gas mixture gas + air is therefore approximately four times greater in the mixing chamber than in the combustion chamber,
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According to another characteristic of the present invention, the diameter of the combustion chamber, while being large enough, as indicated above, so that in this chamber the flow rate of the combustible gas mixture is less than the speed. advancement of the flame front, that is to say so that the flame can easily rise in this combustion chamber,
is limited so as to be able to protect the flame from possible extinction by blowing,
The length of the mixing chamber is determined so that the mixing is complete and the flow regime is established, which requires a length of tubing greater than a minimum variable with the diameter * It was only if the length of tubing used is. lower than the previous minimum, the critical speed increases rapidly, and.
as a result, we run the risk of having a firing point at the injector, According to one of the characteristics of the present invention, the length of the mixing chamber, taking into account the calorific value of the fuel envisaged, is substantially equal, or slightly greater than twice its diameter.
According to another feature of the invention, the length of the combustion chamber is substantially equal to, or slightly greater than. its diameter. It has been found that in this way, the flame easily ascends into the combustion chamber, and that the risks of the flame becoming airborne, and extinguishing by blowing, are reduced.
According to another important feature of the present invention, it has been found that the connection of the mixing chamber to the combustion chamber is advantageously made by a substantially shaped wall.
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truncated cone; it may also be advantageous to provide
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"'--ë = frt .:' c'tiff1.> e.icit- frustoconical- # one or more orifices for" -facility- ignition, and possibly allow a.échap- ment of combustible mixture in case of cons -pressure.
' @ Although. the invention applies to induced burners, it has surprisingly been found that a burner according to the invention can be fitted with a pressurized air inlet, and operates perfectly under these conditions. It is known that in the induced burners, the energy available in one of the fluids is used to cause the movement of the other one, so we can thus use the potential energy of the gas, generally low, but nevertheless not negligible.
Other characteristics will become apparent during the description which follows,
In the accompanying drawing, given only by way of example, the single figure shows an axial longitudinal section of one embodiment of a burner according to the present invention.
In this embodiment, the pilot burner essentially comprises a gas inlet 10, an injector
11 to the calibrated outlet 12, an air inlet 13 opening into an annular chamber 14, a mixing chamber 15 and a combustion chamber 16, In order to have a correct distribution of the air around the flow of gas, the chamber 14 consists of two concentric annular chambers 20 and 21, separated by a partition 22 comprising several communication ports 23,
In the case of blast furnace gas, this gas has a specific maose very close to that of air, and we notice then! that the air and gas pipes can be reversed, the air coming in through the pipe 10, and the gas through the pipe 13.
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In order to equalize the pressure of air, or if necessary gas, in the inner annular chamber 20, there is preferably no orifice 23 opposite the inlet of the pipe 13 @. has for example three communication orifices between the two chambers, distributed at 120 around the axis of the burner, one of the orifices being diametrically opposed to the inlet of the pipe 13 in the outer chamber 21.
The calibrated outlet 12 may, for example, have the shape of a converging truncated cone and the front wall, 24 d the internal annular air chamber is substantially parallel to the frustoconical wall of the outlet port. calibrated This wall 24 is connected to a pipe 26 limiting 1 the mixing chamber 15.
@
It can be seen that the preceding assembly constitutes a pump and can be the subject of a calculation similar to that developed by "Râteau" with regard to these devices. We can also use the following approximate formula @ m1 v1 = v (m1 + m2) in which V1 is the flow velocity of the gas (or of the air, if it is the air which is blown) ,, v is the flow speed of the mixture (gas + air), m1 and m2 being the mass flow rates of gas and / air, that is to say the masses of gas ot air passing through a section weighting the unit of time (the air flow velocity, V2 being assumed to be zero).
The wall 26 of the mixing pipe is connected to the wall 27 of the combustion chamber which follows it by a frustoconical or substantially frustoconical wall 28,
According to the invention, the diameter of the chamber 16 (wall 27) is twice the diameter of the chamber 15 (wall
26) and the length of the chamber 15 is twice its diameter while the length of the chamber 16 is equal to its diameter
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The conical wall 28 can advantageously comprise one or more orifices 29, for example two, which can be used to ignite the burner and which, for certain operating speeds, in the event of back pressure, allow the gas mixture to escape. ,
on combustion or not This feature can be easily exploited by placing in the vicinity of one of these orifices a temperature-sensitive device which can for example give the alert or act on a regulation system. The half-angle at the top of the cone constituting the calibrated outlet orifice 12 can advantageously be fifteen degrees (15), and the half-angle at the top of the cone section connecting the wall 18 of the mixing chamber to the wall 19 of the combustion chamber may advantageously be thirty degrees (30).
According to an advantageous characteristic of the present invention, the tube 10 of the gas inlet can be adjusted axially in position relative to the mixing chamber or to the air inlet. This is achieved in a very simple way by providing the tube 10 on its outer surface with a thread cooperating with a thread made in the rear wall 30 of the mixing chamber. The assembly can optionally be blocked by means of a counter. nut.
@@ The burner described above can advantageously be used as a pilot burner; it can also be used as a main burner for heating installations such as radiators, unit heaters, bath heaters, heat exchangers, boilers, ovens, etc.
Such a burner has the advantage of being able to function perfectly with blast furnace gas and also has the following advantages: it has an insufflatable flame which is stable at the different speeds; it has a flame temperature
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Maximum and works equally well with suction air and supply air; it has a very high burn rate and does not have any special combustion chamber parts. As can be seen from the attached drawing, it is of a particularly simple design and does not include any complicated parts;
it follows that its manufacture is inexpensive and its cost price is remarkably low, As has already been noted, main burners can also be produced on the same principle
Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described and shown which have been given only as examples.