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"NOUVEAU BRULEUR A EVAPORATION PAR FORMATION DE VORTEX et DISPOSITIF DE CHAUFFAGE COMBINE-
La présente invention concerne un nouveau type de brûleur à évaporation dans lequel l'évaporation du fuel li- quide est considérablement activée par des tourbillons ou des vortex produits dans le courant d'air aspire dans le brû- leur, lesdits vortex étant produits dans le voisinage du
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L'invention conoerne également un dispositif de chauffage combiné avec ledit brûleur et qui est conçu d'une façon particulière pour pouvoir être utilisé avec un brûleur à tourbillons dudit type.
Le dispositif de chauffage selon l'invention peut servir à chauffer de ].'air ou de l'eau à des fins domestiques ou industrielles. L'invention concerne également un système de réglage pour ledit brûleur et ledit dispositif de chauffage.
Depuis longtemps, on cherche à développer et fabri- quer un brûleur à évaporation directe dans lequel le fuel est évaporé directement à partir d'une masse de fuel et qui est destiné à brûler en particulier des fuels d'huile lourde tels que l'essence diesel, le fuel domestique lourd et le pétrole combustible.
Le type le plus simple du brûleur à évaporation est un évaporateur simple dans lequel le fuel est contenu dans ' une simple cuvette ou dans un récipient à partir duquel le liquide est évaporé et brûlé.
Mais ledit type simple de brûleur ne fonctionne pas convenablement parce que l'intensité de combustion et la masse du fuel brûlée par unité de 1'espace du récipient est pou importante, la température de la flamme est basse et on obtient un dépôt considérable de matières solides brûlées dans le récipient après un temps de fonctionnement relative- ment court.
Dans tout processus de combustion dans lequel l'é- vaporation du fuel est produite au moyen d'un flux de chaleur
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- 3 - transmis à partir de la flamme à la masse de liquide, le trans- fert d'énergie thermique de la flamme vers le liquide cons- titue le processus qui contrôle la vitesse de la combustion du liquide.
L'invention a pour but de concevoir un brûleur à vortex, tel qu'il sera décrit ci-après et qui permet d'aug- menter considérablement la vitesse de la combustion du fuel . liquide au moyen d'une flamme se présentant sous forme de tourbillons tels que des vortex. Ladite flamme en vortex est située dans le voisinage très proche de la surface de fuel et est d'une température très élevée, les deux dits facteurs aug- mentant la quantité d'énergie thermique transmise à partir de la flamme vers la surface de fuel.
Lesdits vortex sont produits en dirigeant le courant d'air qui s'écoule vers l'intérieur du brûleur par une aspi- ration naturelle ou provoquée, au moyen d'un conduit de guida- ge constitué par un cane ou une cloche. Ledit conduit de gui- dage entoure le récipient de fuel et donne au courant d'air une vitesse suffisamment importante dans le voisinage du bord du récipient de fuel. Ledit bord est à arête vive et le courant d'air est ainsi soumis à une expansion soudaine lorsqu'il arri- ve audit bord du récipient de fuel.
Les vortex sont produits dans le voisinage du bord du récipient de fuel de manière à renverser le courant d'air vers l'intérieur du récipient de fuel et à mélanger l'air à la vapeur de fuel. Ledit vortex de mélange fuel-air est ensuite allumé et brûlé.
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La combustion en vortex produit des phénomènes sui- vants : a) La flamme en vortex qui est située dans le voisi- nage très proche de la surface de fuel fait accroître ainsi le transfert de chaleur de la flamme vers le fuel et entraine ainsi une augmentation de la vitesse de combustion dû fuel liquide. b) Elle produit un très bon mélange de l'air avec du fuel, ce qui entraine une augmentation de la température de combustion et provoque une amélioration du transfert de cha- leur de la flamme vers le fuel liquide et ainsi la vitesse de la combustion. L'augmentation de la température de la flamme est également très importante en ce qui concerne le rendement d'un dispositif de chauffage combiné aveo ledit brûleur dans lequel la chaleur de la flamme est transmise à un courant d'air ou d'eau.
Une température de flamme plus élevée se traduit dans un tel cas par une vitesse plus importante du transfert de chaleur ou par l'utilisation d'un brûleur plus petit lors- que la totalité de chaleur transmise au liquide de chauffage est maintenue constante. La flamme en vortex ne produit, de plus, presque pas de fumée, ce qui est important pour les appli- cations domestiques ou industrielles du brûleur selon l'inven- tion. c) Etant donné que la vitesse de la combustion est très élevée, la température à l'intérieur du fuel liquide décroît rapidement à partir de la surface du fuel vers le fond du récipient et le temps de présence du fuel dans ledit contai..
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ner est très court.
Ces deux facteurs rendent presque inexis- tant tout.dépôt de fuel dans l'intérieur de récipient de fuel. d) On obtient, en combinaison avec la formation des vortex, une zone de basse pression dans la voisinage de la sur- face exposée du fuel liquide.
On peut ainsi augmenter la vi- tesse de l'évaporation et, par là, la vitesse de la combustion du fuel liquide. e) La flamme en vortex produit un bruit similaire au bourdonnement d'un engin à explosion mais beaucoup moins intense,
D'autres réalisations et avantagea de l'invention res- sortiront de la description qui va suivre, en se'référant aux dessins annexés, dans lesquels t
Fig. 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du brûleur selon l'invention;
Les références numériques représentées à la figure 1 désignent les éléments suivants: 1 t récipient de fuel ou cuvette,
2 :
fuel liquide
3 bord à arête vive du récipient de fuel
4 air aspiré
5 :élément de guidage conique entourant le brûleur et qui guide le courant d'air
6 entrée de fuel 7 manchon d'évacuation
8 tourbillons (brûlants)
9 flamme
Fig. 2 est une vue en plan du brûleur représente à la figure 1 ;
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Sur cette figure, les références numériques désignent lea éléments suivants t 10 : récipient de fuel 11 : surface libre du fuel 12 :
manchon d'évacuation
13 :élément de guidage conique
Les caractéristiques essentielles du brûleur représen- t'aux figures 1 et 2 sont les suivantes :
1) Le courant d'air aspiré vers l'intérieur du brûleur est guidé au moyen d'un élément de guidage se présentant sous forme d'uno cloche ou d'un cône et qui donne au courant d'air une vitesse suffisante dans le voisinage du bord du récipient de fuel.
2) Un élargissement soudain de la section du passage pour le courant d'air au-delà du bord du récipient de fuel.
3) Un bord à arête vive du récipient de fuel.
L'ensemble desdites caractéristiques du brûleur ser- vent à produire des tourbillons dans le mélange de vapeur de fuel et d'air pour activer l'évaporation et ensuite la combus- tion du fuel liquide..
Le brûleur selon l'invention n'est pas limité par le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, mais on peut y apporter différentes modifications de détail sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Par exemple, vus en plan, le récipient de fuel et l'élément de guidage peuvent tous les deux être cylindriques, rectangulaires, circulaires ou annu- laires. On peut également utiliser des configurations droites et des combinaisons parallèles de plusieurs brûleurs droits ,
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formant une sorte de grille. Dans toutes les configurations; il est nécessaire de maintenir la distance entre la paroi de l'élément de guidage et le bord tranchant du récipient de fuel constante sur toute la périphérie.
Vu en élévation, l'élément de guidage conique peut ce présenter également sous forme d'une cloche ou d'un élément si- milaire à condition que la configuration soit oapable de guider le courant d'air pénétrant dans le brûleur, en lui donnant une vitesse suffisamment importante dans le voisinage du bord à arête vive du récipient de fuel, la direction du courant d'air plus rapide dans ladite zone étant sensiblement perpen- diculaire par rapport à la surface exposée de fuel,
Fig. 3 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du brûleur selon l'invention similaire à celui représenté aux figures 1 et 2, mais d'une configuration annulaire.
La forme annulaire est particulièrement avantageuse pour diriger la flam- me dans le voisinage le plus proche des parois du dispositif de chauffage et pour obtenir une meilleure distribution des tourbillons au-dessus de la surface exposée du fuel liquide en particulier lorsqu'il s'agit de brûleurs relativement larges.
Sur la figure 3 les références numériques désignent des éléments suivants
14 - récipient de fuel
15 - tourbillons (en flamme)
16 :flamme
17 paroi intérieure du dispositif de chauffage
18 : liquide en circulation à chauffer par la flamme à travers les parois 17
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19 fond - corps central
Fig. 4 est une vue en plan du brûleur représenté à la figure 3 et les références numériques y désignent les élé- ments suivants : ' 20 : brûleur annulaire
21.: surface exposée du fuel
22 :passage d'air annulaire .
23 : paroi intérieure du dispositif de chauffage
24 passage annulaire pour le fluide à chauffer par la flamme
25 paroi extérieure du dispositif de chauffage
26 :élément de guidage se présentant sous forme de cône ou de cloche.
Fig. 5 est une vue en coupe d'un dispositif de chauf- fage selon l'invention d'une construction particulière pour pouvoir être combiné avec un brûleur selon l'invention.
Le dispositif de chauffage selon l'invention comprend un espace fermé cylindrique 27 défini par une paroi cylindri- que intérieure 28 et dans lequel s'étend aussi bien la flamme du brûleur que le produit de la combustion, Un brûleur annulaire à tourbillons 29 du type représenté aux figures 3 et 4 est fixé au fond du dispositif de chauffage. Ledit brûleur 29 produit une flamme annulaire 30 s'étendant dans le voisinage direct de la paroi intérieure du dispositif de chauffage. Un liquide de chauffage 30 normalement de l'air ou de lbau circule à travers un espace formé 32 défini par la paroi intérieure 28 et une paroi extérieure concentrique 33 et est alimenté
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et évacué 4 travers des ouvertures 34 et 35.
Ledit, fluide de chauffage est chauffé par la flamme 30 et par les gaz de combustion par un rayonnement de chaleur et par un échange thermique par conveotion.
Ledittype de brûleur très simple peut être de dimen- sions très peu importantes étant donné que la flamme produite par le brûleur à tourbillon est courte et à une température élevée, de manière à obtenir un flux de chaleur de la flamme plus important, le brûleur annulaire produisant une flamme an- nulaire qui s'étend dans le voisinage très proche de la paroi intérieure 28 du dispositif de chauffage, ceci permettant d'augmenter le processus d'échange thermique,
Des gaz de combustion 36 sont évaoués à travers un conduit 37 qui peut être relié à un tuyau de fumée normal,
Un corps central 38 comprenant une paroi cylindrique 39 oblige les gaz de combustion 36 à circuler dans le voisinage de la pa- roi intérieure 28 du dispositif de chauffage afin d'augmenter le transfert de chaleur par convection à partir de la flamme vers le fluide de chauffage.
La figure 6 est une vue en plan partiellement en coupe du dispositif de chauffage et du brûleur annulaire tels que représentés en coupe à la figure 5. A la figure 6, les réfé- rences numériques désignent les éléments suivants : 40 : surface exposée du fuel 41 : passages d'air annulaires 42 1 espace annulaire du fluide de chauffage
43 : ouverture d'admission du fluide de ohauffage
44 : sortie du conduit des gaz de oombustion.
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Certains détails du dispositif de chauffage peuvent être modifiés. Sa section peut, par exemple, être rectangulaire ou ovale. Le brûleur à tourbillons utilisé en combinaison avec ledit dispositif de chauffage n'est pas nécessairement du type tel que représenté aux figures 5 et 6. On peut également adapter au centre du fond dudit dispositif de chauffage des brûleurs cylindriques tels que représentés aux figures 1 et 2 et l'em- ploi de tels brûleurs peut, dans certains cas, être avantageux en particulier pour des dispositifs de chauffage relativement peu importants parce qu'ils sont simples.
Lesdites modifications ou toutes modifications simi-
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':1 \ \'?11 Itti t 1\cI ":1:\I\iI'lIt pu lec caractéristiques essentielles de l'ensemble dispositif de chauffage - brûleur à tourbillons peuvent être apportées au dispositif représenté aux figures et 6 sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
Le brûleur à tourbillons à évaporation décrit ci- ' dessus est destina en particulier aux fuels liquides, mais on peut pourtant utiliser un brûleur similaire pour des fuels solides ou gazeux.
La combustion de fuels solides est en principe identi.. que à celle des fuels liquides et on peut donc employer des tourbillons pour activer la combustion de fuels solides d'une manière similaire à celle utilisée pour des fuels liquides,
Ledit type de combustion à tourbillons peut également être produit avec des fuels gazeux. Dans ce cas, le fuel gazeux est injecté à travers une fente située dans le voisinage
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chambre 69 un D1ve;au de P1fll it 1111.. 1J!In:e . sion 72 envola le foaol à - brO.1mr À5, aaNta'nNs QH# 1ltA- ont fermée, une certaine quantité de fuel rettourne dans ladite
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chambre 69 à 'trJWera mea it bynmm 75 et (QU peut 5àµflihi maintenir un niveau de fuel constant 76 dans le brûleur 75.
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D'autre part, leravn 3a tSiMas bzz met ouverte woe àZàà quant:1té de fuel :re à trammm le 7lif ee il% allr1 , de fuel dans :le kvdimw mut ttlttt:limrt:an1iJ. là 1Wl ne. 71tfj..
La flaum 11 est naw Witke uB cti"n .8 cas contrô1e basé sur 1IIIIIJl uxe C=Itutzoe quantité de fuel etend la. la csme. # àim# :D# lb'l'l'nll'iAW..
'un fio1t1tenl1r 719 malmtlezt m ct e17.
8tï dans une cJblam11 re 181.. '(I!J# # oeXoZWO le fuel dans un brûleur 83 à travens un conduit 84.
Un tube de trop-plein 85 retire une certeine quantité
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de 3 :la lSUri'a# M #ht!i-<C.ti. <i1Iw!w ]# tett rma\:hntti:I#tt ainsi .le rniveam de yuIS71 là 1IIIIIJl 11i1:!!.w#a.u (oaNsttzamtb #ï5.. IIi.e :ffil#Il dhmfl est renvoyé aians ladite (B&mmSsN# & 1ttt1a.w \Un #nnfu.ttI:tt 6v oet est, ai nécessaire" 3rot. c8 lwn asdH.ttsttBMr a, Lor.sqUD. -ume :m>e estt " :fIW 1l metti:D.1mne partiellement vers la chembare 81 à tranvers un by-pass 90.
L'extrémité supérièure 91 dudit by-pass 90 a'étend à un mitveau
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sensiblement pams 'bas C!JlII118! lue d\Vlir l én iImtbe ôke 8M. De cette manière" le XI1 1L sBtB!! sant mliWl.#m 9%, MmmaAm 9OEXà by-pass est mis en circuit et le tube de trop-plletin 82 me metire pas de fuel.
Enfin, les figures 12 et 13 sont des vues schématiques
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d'un système de contrôle de l'énergie thermique du brûleur basé sur un procédé qui consiste à modifier la surface libre de fuel exposée au flux de chaleur de la flamme. La figure 12 est une vue en coupe d'un brûleur annulaire 93 auquel le fuel est envoyé à travers des conduits 94 et à travera un ti., roir à trois voies 95* La figure 13 est une vue en plan du brûleur représenté à la figure 12 et dans lequel le récipient de fuel est divisé en plusieurs sections séparées 96, 97, 98, 99,100 et 101.
Le fuel alimenté 102 arrive d'abord à l'entrée d'un tiroir à trois voies 103. Lorsque ledit tiroir est entièrement. ouvert, le fuel est envoyé à toutes les six dites sections à travers des conduits 104 et 105. Dans une deuxième position du tiroir 103, le fuel ne peut traverser que les tubes 104 et seulement les sections 97, 98; 100 et 101 sont alimentées Dans une troisième position, le tiroir 103 ne laisse passer le fuel qu'à travers les conduits 105 et n'alimente alors que les sections 96 et 99.
Ainsi, on peut régler l'énergie thermique produite par le brûleur à trois niveaux différents. Le nombre de sec- tions peut être différent sans changer pour cela le principe de base du système de régulation selon l'invention,
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails sans sortir pour cela du cadre de l'invention.