CA1115636A - Bruleur - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D5/00—Burners in which liquid fuel evaporates in the combustion space, with or without chemical conversion of evaporated fuel
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
Brûleur perfectionné à vaporisation de liquide combustible, comportant: une tête de combustion, des moyens d'amenée d'air sous pression dans un conduit relié à la tête de combustion, une enceinte de vaporisation connectée à la tête de combustion où ledit combustible arrive sous forme de vapeurs pour se mélanger à l'air de combustion, et des moyens pour amener le combustible sous forme de goutelettes ou de fines particules à l'enceinte de vaporisation, caractérisé
en ce que les moyens d'amenée du combustible sous forme de goutelettes sensiblement sans pression comportent: une cham-bre cylindrique se terminant par un convergent débouchant sur une génératrice de la paroi de ladite enceinte de vaporisation, des moyens pour alimenter le fuel liquide sensiblement à pres-sion atmosphérique au convergent dont l'axe correspond sensi-blement à l'axe de la chambre cylindrique, et des moyens pour amener un courant d'air tourbilionnaire de pulvérisation au niveau du col du convergent qui débouche sur la paroi de la chambre.
Brûleur perfectionné à vaporisation de liquide combustible, comportant: une tête de combustion, des moyens d'amenée d'air sous pression dans un conduit relié à la tête de combustion, une enceinte de vaporisation connectée à la tête de combustion où ledit combustible arrive sous forme de vapeurs pour se mélanger à l'air de combustion, et des moyens pour amener le combustible sous forme de goutelettes ou de fines particules à l'enceinte de vaporisation, caractérisé
en ce que les moyens d'amenée du combustible sous forme de goutelettes sensiblement sans pression comportent: une cham-bre cylindrique se terminant par un convergent débouchant sur une génératrice de la paroi de ladite enceinte de vaporisation, des moyens pour alimenter le fuel liquide sensiblement à pres-sion atmosphérique au convergent dont l'axe correspond sensi-blement à l'axe de la chambre cylindrique, et des moyens pour amener un courant d'air tourbilionnaire de pulvérisation au niveau du col du convergent qui débouche sur la paroi de la chambre.
Description
La presente invention concerne un brûleur à vapo-risation de liquide combustible. Elle se rapporte plus par-ticulièrement à un nouveau bruleur pour générateur de chaleur a fuel-oil domestique et spécialement à un brûleur destiné
aux installations de chauffage de faible puissance calorlfi-que destinees aux habitations individuelles, c'est-~-dire de puissance inférieure à vingt thermies par heure.
Comme on le sait, un bruleur est un dispositif des-tine à mélanger en proportions appropriees, un combustible liquide tel que le fuel-oil ou similaire, amene sous forme li-quide ou gazeuse et un comburant (air), puis à assurer la com-bustion du melange intime afin de produire une énergie capable ; de chauffer un fluide caloporteur tel que de l'eau ou de l'air.
On connait deux méthodes pour preparer le combustible:
- la pulvérisation, qui consiste ~ fragmenter le combustible en très fines particules, afin de favoriser la formation de vapeurs et le melange avec le comburant, - ensuite la vaporisation, qui consiste a réchauffer le com-bustible jusqu'à l'obtention des vapeurs desirées.
Dans le procede dit aa pulverisation, le plus re- ;
pandu à ce jour est celui dit apulverisation mecanique~, dans lequel le combustible est sous pression avant son passage à
travers des rainures et un orifice de petites dlmensions rea-lises dans un gicleur. Or, pour des faibles debits tels que ceux inferieurs a vingt thermies par heure, la precision des usinages est insuffisante pour garantir ce debit et assurer une repartition homogène du fuel-oil dans le jet pulverise, donc dans l'air de combustion. En outre, les faibles dimen-sions des rainures et des o~ifices rendent ces bruleurs très vuInerables au colmatage.
~.
~b On a aussi proposé d'autres procédés, par exemple:
- la pulverisation par air, notamment a moyenne pression, par exemple de l'ordre de trente millibars et plus, qui néces-site un compresseur et est donc coûteuse et bru~ante (voir par e~emple le brevet français 1 073 955), - la pulvérisation par coupelle rotative, dont le mécanlsme est egalement complexe, coû~eux et souvant bruyant, - la pulverisation par ultra-sons, dont la fiabilite est loin d'être certaine, - enfin, la pulverisation electrostatique, mais pour laquel- -le il n'a guère ete possible de séparer de façon convenable la zone de combustion du'champ electriqué de pulverisation.
Dans le procédé dit à vaporisation~> ou ~<à gazéi-fication, utilise surtout dans le chauffage domestique par poële à mazout, le rendement es~ faible, la combustion facil~-ment degradable en fonction du'tirage et surtout l'automatisa-tlon reste très delicate.
L'invention se propose donc de remedier ces princi-paux inconvenients. Elle se rapporte à un nouveau procédé de combustion de fuel-oil domestlque ou produit similaire tel que kérosène ou autres; elle concerne également un nouveau t~pe de bruleur pour la mise en oeuvre de ce procédé présentant des caractéristiques de fonctionnement au moins égales à celles des brûleurs traditionnels et susceptible d'etre automatisé.
Ce nouveau procédé de combustion dans lequel avant la combùstion on vaporise un liquide combustible, se caractérise en ce que préalablement à cette vaporisation, on effectue une pul-vérisation grossière du combustible au moyen d'air à tres basse pression de l'ordre de trois millibars.
Ainsi, il n'est plus utile de faire appel à des com-presseurs qui sont comme déjà,'~it coûteux, mais seulement à
des ventilateurs ou analogues.
B
.3~
En p~tique, la pul~e~is~tion pneumatique gros-si~re prealable s'effectue au ni~eau ~u col d~un convergent en amenant le combustible liquide sensiblement sans p~ession au contact d'un courant d'air tourbillonnaire On a consta-te que seul un convergent permettait d~obtenir le ~esultat recherche. En effet, si au lieu de ce convergent, on utili-sait un venturi comme cela est enseigné dans le brevet fran-çais 1 114 033, au lieu de pulveriser sous forme de goutelet-tes ou de particules et d~accelerer la vitesse de ces parti-cules, on mouillerait les parois de la partie di~ergente du venturi et on reformerait un film liquide non disperse~ -Le col de ce convergent est avantageusement dispose sur une generatrice de l'enceinte de vaporisation.
Dans le brevet français 710 045l on a~ait deja pro-: pose d~ameliorer la combustion des huiles lourdes en leur com-muniquant un mouvement tourbillonnaire~ ~outefois, ici le but recherche et la structure mise en oeuvre pour atteindre ce but étaient totalement différents.
L'invention concerne egalement un dispositif braleur, approprie pour la mise en oeuvre de ce procede, de faible debit thermique, par exemple compris entre huit et vingt thermies par heure, à reglage de debit par tout ou rien ou a plusieurs al-lures, ayant une grande simplicite de fo~ctionnement et une bon-ne combustion, susceptible d'etre automatise et miniaturise, et apte a équiper aussi bien les chaudieres de chauffage central foyer en depression ou legerement surpresse, que les genéra-teurs d'air chaud, egalement pour remplacer les pots br~leurs dans les poeles a mazout ~ vaporisation.
Selon la presente invention, il est aussi prévu un bruleur perfectionné à vaporisation de liquide combustible, comportant: une tete de combustion, des moyens d'amenée d'air sous pression dans un conduit relié à la tête de combustion, une encein~
_ 3 _ te de vaporisation connectée ~ ~ t~te de combustion o~ le~it combustible a~ri~e sous ~orme de v~peur~ pour se melanger ~
l~air de combustion, et des moyens pour amener le combusti-ble sous forme de goutelettes ou de fines particules a l'e~-ceinte de vaporisation, caracterise en ce que les moyens d~a-menés du combusti~le sous forme de go~ltelettes sensiblement sans pression comportent: une chambre cylind~ique se termi~
nant par un convergent debouchant sur une generatrice de la paroi de ladite enceinte de ~aporisation, des mo~ens pour ali-menter le fuel liquide sensiblement ~ pression atmospherique au convergent dont l'axe correspond sensiblement ~ l~axe de la chambre cylindrique, et des moyens pour amener un courant d'air tourbillonnaire de pulverisation au niveau du col du convergent qui debouche sur la paroi de la chambre.
L'enceinte de vaporisation connectee à la tete de combustion se présente avantageusement sous forme d~un tronc de c8ne, relié par sa partie base a la tête de combustion.
L'axe longitudinal de 17injecteur coincide alors sensiblement avec le centre de la base du cône, a~in d~assurer une meilleu-re répartition uniforme du jet.
En pratique, la distance verticale entre l'injPc-teur et la base du cane de l~enceinte de vaporisation est su-périeure a la longueur de résolution du jet.
De meme, les parois de cette enceinte sont chau~fées de maniere connue, notamment par des résistances électriques, a une temperature appropriée, de maniere a ce que ces parois aient une température comprise entre quatre cent cinquante et six cents de~rés C, car en deç~ on condeserait le liquide combustible et au-dela on le cra~uerait.
De préférence, la t2te de combustion se trou~e con-nectée, par le bas a l'enceinte de ~aporisation, et par le haut sur sa péripherie au conduit d~amenée d7air de combustion.
.~
3~
En pratique, cet air de combustion débouche dans un plan sen-siblement perpendiculaire au flux des ~apeurs de combustible et on fait varier le nombre et la forme des orifices d~ad-mission de cet air de combustion en fonction des résultats recherchés. On a déterminé que l~on obtenait de bons résultats en utilisant des têtes de combustion en forme de couronne per-cée à sa périphérie d~orifices d~amenée d'air de combustion, surmontée d7un canon cylindrique, présentant a sa base, de bas en haut, d'une part une grille anti-retour de flamme et d'autre part, une grille accroche-flamme.
Enfin, ce dispositif brûleur présente des moyens classiques, tels que:
- un allumeur électrique, par exemple par étincelles produi-tes entre électrodes par un générateur de haute tension, - des moyens pour surveiller la nature et l~existence de la flamme.
Un mode de réalisation préférentiel de cette inven-tion va êt~e décrit ci-apres a titre d~exemple en se référant aux dessins dans lesquels:
La figure 1 représente en vue perspective et écla~
tée sommaire un br~leur conforme ~ l~invention.
La figure 2 montre en vue perspective eclatée som-maire le détail de l'organe de pulverisation.
La figure 3 schématis* un convergent.
Les figures 4 et 6 représentent en coupe un detail de la tête de combustion.
Enfin, la figure 5 montre sommairement un tel brû-leur installe dans une chaudi8re.
En se référant a la figure 1, ce brûleur se compose:
- d'un ventilateur 1, connu pour ce type d'application par exemple a tras faible puissance de refoulement ~trois mil-libars) a débit nul, présentant sur une de ses faces late-6~
rales un moteur electxique d~e~trainement 2 et sur son autre face une prise dlair 3 reglable, - un conduit d~air 4, par exemple en tale metallique ou autre, relie de maniere connue a son entree a la bouche 5 du ventilateur 1, et a sa sortie ~ la peripherie de la t8te de combustion; ce conduit 4 est destine a amener llair de combustion pulse fourni par :le ventilateur 1 a la t8te de combustion 15 ou il rejoindra le combustible vaporise, - sur ce conduit 4 est branchee une prise d~air laterale de pulverisation qui par un autre conduit 7 amene cet air de pulverisation dans un pulverlsateur 8~ un diaphragme 9 ca-libre le rapport en volume entre l'air de combustion et l'air de pulverisation; on a determine que l'on obtenait de bons resultats en choisissant un rapport volumique voisin de cinq; ainsi, on s'eloigne.des limites d'inflammabilite du melange air de pulverisation-vapeurs de fuel dans l~en-ceinte de pulverisation, - un pulverisateur (voir figure 2) forme d~un corps cylindri-que 8, par exemple en laiton ou en acier, dans lequel passe un conduit longitudinal 10 d~amenee de combustible, relié a la source d~alimentation conuue et non representee de com-bustible sous pression, tel qu'une pompe non refoulante ou un bac à niveau constant; l~extremite 11 de ce conduit 10 forme injecteur et debouche dans un convergent 12, egale-ment en laiton, acier ou equi~alent, dont le col est situe sur une genératrice de l'enceinte de vaporisation 13~ le conduit 7 d'amenee de l'air de pulverisation debouche sen-siblement de fa~on tangentielle dans le corps 8; on a ;~
1$6 r3 ~;
déterminé que l'on obtenait de bons résultats si :
. le convergent 12 avait un angle au sommet voisin de soixante dix degrés et était surmonté d'un col (voir figure 3) cylin-drique 21, de préférence de un millimètre, . la distance entre la sortie du gicleur et l'entrée du conver- ;
gent était de l'ordre du millimètre, avantageusement de 0,5 millimètre ; dans ces conditions, on obt.ient des gouttelettes dont le diamètre maximum est inférieur à huit cents ~ et dont le diamètre moyen de Sauter calculé sans prendre en compte les gouttelettes de diamètre inférieur à cinquante ~ , est de quatre cent trente ~;
- une enceinte de vaporisation 13, en tole par exemple, dont les parois sont chauffées, par exemple par des résistances électriques 14, notamment au démarrage du bruleur, - une tête de combustion 15 en forme de -ouronne, connectée par sa base à~l'enceinte de vaporisa~ion 13 et par sa périphérie au canal 4 d'amenée de l'air de combustion, percée sur cette périphérie 16 d'orifices équiangulaires 17; cette tête 15 (voir notarnment figures 4 et 5) présente avantageu-sement la forme d'un tronc de cône sur la paroi l6 duquel ~nt repartis uniformement les orifces 17 d'amenee de l'a]r de combus-tion ; le tronc de cone 16 est connecté à la petite base de l'enceinte 13 de vaporisation et il est séparé de celle-ci par une grille classique accroche-flamme 19 de perméabilité
déterminée, destinée dT~epart, à accroche~ la flamme et, d'autre part, ~ fixer la vitesse de sortie des vapeurs de fuel ; ce tronc de cone 16 est éventuellement surmonté par .
sa grande base d'un canon c~lindrique 18 prolongeant la sortie de la tete de combustion 15 (voir figure 4) ; dans une forme dléxécution préférentielle, sans canon 18, la grille accroche-flamme 19 est associée à une toile métallique 20 placée avant elle, par rapport au sens des vapeurs, de lSi~3~
perméabilite plus grande, destinée a former grille anti-retour;
on améliore les résultats en pla~ant sur la couronne 16 une seconde série dlorifices équiangulair~s.: 21 au niveau même de ces grilles 19-20 , - des organes classiques et non représentés, tels que :
. un allumeur par étincelles sur électrodes ~ haute tension, placé au niveau de la tête de combustion, avec son trans-formateur destiné à fournir laénergi~ nécessaire à l'allu-mage ;
; 10 . des organes de surveillance de flamme, tels qu1une cellule photorésistante pour la flamme jaune ou une sonde à ionisa-tion pour la flamme bleue.
Pour un débit de fuel-oil à pulvériser de l'ordre de 0,8 kg par heure, on a déterminé que l'on obtenait de bons résultats avec les réglages suivants : -- rapport air de~ combustion/air de pulvérisation 5 - diamètre intérieur du corp.s 8 du pulvérisateur 20 mm - longueur de ce corps 8 50 mm - diamètre intérieur du conduit 7 qui débouche tangentiellement dans 8 10 mm - convergent 12, angle au sommet 70 - col 21 : longueur 1 mm diamètre 6,4 mm - injecteur 11 : diamatre extérieur 6 mm diamètre dlorifice de sortie 0,9 mm - distance orifice 11 - extrémité du canal 21 1,5 ~ 0,5 mm - débit en m3/heure de l~air de pulvérisation 1,7 à 1,8 - pression de l'air de pulvérisation en mbars 2,5 à 3 - diamètre des orifices 17 3 mm 30 - diamètre des orifices de la grille 193 mm - perméabilité de la grille 19 30 %
- perméabilité de la grille 20 51 %
```` ~J ~rjtj3~;
- maille de la yrille 20 1 mm .
Dans ces conditions, le jet est résolu à une distance moyenne de dix millimètres de la sortie du pulvérisateur 8.
On peut vérifier que ce jet appartient bien à la zone de régime oscillant et on détermine expérimentalement que ce jet se présente sous forme d'un cône creux d'angle au sommet voisin de quatre vingt dix degrés, avec des gouttelettes de diamètre moyen 430,u.
La figure 5 montre schématiquement un tel brûleur placé
en partie inférieure du foyer d'une chaudière, par exemple du type "à foyer borgne" qui permet d'assurer d'une part, la circulation de l'air de combustion avant la vaporisation et, d'autre part, un chauffage complémentaire de cette enceinte de vaporisation. Sur cette figure, 27 désigne la porte foyer et 28 le centre de llenceinte 13 où se projette par ailleuxs l'axe du jet issu du puIvérisateur ~3.
Le procédé et le dispositif selon l'invention présentent de nombreux avantages par xapport aux brûleurs connus à ce jour.
En fractionnant le combustible avant la vaporisation, on augmente la rapidité de cette vaporisation, car les gouttelettes formées ont une surface importante par rapport à leur volume.
Cela permet de réduire la taille de l~enceinte de vaporisation et par conséquent l'énergie nécessaire poux porter cette enceinte, puis la maintenir ~ la température de vaporisation.
La flamme obtenue, bieue ou jaune suivant l'agencement ; de la tete de combustion, se développe verticalement, -En orie,ntant dif~éremment la tête de combustion et son arrivée d'air et en modifiant la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation, on peut également obtenir une flamme horizontale.
Pour permettre la pulvérisation, la pression de refoulement du ventilateur doit être, comme déjà dit, de 1'ordre da deux et demi à trois millibars, ce qui correspond _g_ 3~
.
aux caractéristiques courantes des ventilateurs actuels pour cette appli,cation.
Cette pression offre l'avantage de favoriser le fonctionnement de ce type de brûleur sur des générateurs présentant un circuit dléchanges thermiques à pertes de charges assez élevées. En outre, ces brûleurs sont faciles à construire, à régler et à autom~tiser. Ils ~ont une excellente combustion et un très bon rendement et enfin, ils ne polluent pas.
On peut donc les utiliser avec succès comme brûleurs pour le chauffage _omestique.
.
.. ' ,;
aux installations de chauffage de faible puissance calorlfi-que destinees aux habitations individuelles, c'est-~-dire de puissance inférieure à vingt thermies par heure.
Comme on le sait, un bruleur est un dispositif des-tine à mélanger en proportions appropriees, un combustible liquide tel que le fuel-oil ou similaire, amene sous forme li-quide ou gazeuse et un comburant (air), puis à assurer la com-bustion du melange intime afin de produire une énergie capable ; de chauffer un fluide caloporteur tel que de l'eau ou de l'air.
On connait deux méthodes pour preparer le combustible:
- la pulvérisation, qui consiste ~ fragmenter le combustible en très fines particules, afin de favoriser la formation de vapeurs et le melange avec le comburant, - ensuite la vaporisation, qui consiste a réchauffer le com-bustible jusqu'à l'obtention des vapeurs desirées.
Dans le procede dit aa pulverisation, le plus re- ;
pandu à ce jour est celui dit apulverisation mecanique~, dans lequel le combustible est sous pression avant son passage à
travers des rainures et un orifice de petites dlmensions rea-lises dans un gicleur. Or, pour des faibles debits tels que ceux inferieurs a vingt thermies par heure, la precision des usinages est insuffisante pour garantir ce debit et assurer une repartition homogène du fuel-oil dans le jet pulverise, donc dans l'air de combustion. En outre, les faibles dimen-sions des rainures et des o~ifices rendent ces bruleurs très vuInerables au colmatage.
~.
~b On a aussi proposé d'autres procédés, par exemple:
- la pulverisation par air, notamment a moyenne pression, par exemple de l'ordre de trente millibars et plus, qui néces-site un compresseur et est donc coûteuse et bru~ante (voir par e~emple le brevet français 1 073 955), - la pulvérisation par coupelle rotative, dont le mécanlsme est egalement complexe, coû~eux et souvant bruyant, - la pulverisation par ultra-sons, dont la fiabilite est loin d'être certaine, - enfin, la pulverisation electrostatique, mais pour laquel- -le il n'a guère ete possible de séparer de façon convenable la zone de combustion du'champ electriqué de pulverisation.
Dans le procédé dit à vaporisation~> ou ~<à gazéi-fication, utilise surtout dans le chauffage domestique par poële à mazout, le rendement es~ faible, la combustion facil~-ment degradable en fonction du'tirage et surtout l'automatisa-tlon reste très delicate.
L'invention se propose donc de remedier ces princi-paux inconvenients. Elle se rapporte à un nouveau procédé de combustion de fuel-oil domestlque ou produit similaire tel que kérosène ou autres; elle concerne également un nouveau t~pe de bruleur pour la mise en oeuvre de ce procédé présentant des caractéristiques de fonctionnement au moins égales à celles des brûleurs traditionnels et susceptible d'etre automatisé.
Ce nouveau procédé de combustion dans lequel avant la combùstion on vaporise un liquide combustible, se caractérise en ce que préalablement à cette vaporisation, on effectue une pul-vérisation grossière du combustible au moyen d'air à tres basse pression de l'ordre de trois millibars.
Ainsi, il n'est plus utile de faire appel à des com-presseurs qui sont comme déjà,'~it coûteux, mais seulement à
des ventilateurs ou analogues.
B
.3~
En p~tique, la pul~e~is~tion pneumatique gros-si~re prealable s'effectue au ni~eau ~u col d~un convergent en amenant le combustible liquide sensiblement sans p~ession au contact d'un courant d'air tourbillonnaire On a consta-te que seul un convergent permettait d~obtenir le ~esultat recherche. En effet, si au lieu de ce convergent, on utili-sait un venturi comme cela est enseigné dans le brevet fran-çais 1 114 033, au lieu de pulveriser sous forme de goutelet-tes ou de particules et d~accelerer la vitesse de ces parti-cules, on mouillerait les parois de la partie di~ergente du venturi et on reformerait un film liquide non disperse~ -Le col de ce convergent est avantageusement dispose sur une generatrice de l'enceinte de vaporisation.
Dans le brevet français 710 045l on a~ait deja pro-: pose d~ameliorer la combustion des huiles lourdes en leur com-muniquant un mouvement tourbillonnaire~ ~outefois, ici le but recherche et la structure mise en oeuvre pour atteindre ce but étaient totalement différents.
L'invention concerne egalement un dispositif braleur, approprie pour la mise en oeuvre de ce procede, de faible debit thermique, par exemple compris entre huit et vingt thermies par heure, à reglage de debit par tout ou rien ou a plusieurs al-lures, ayant une grande simplicite de fo~ctionnement et une bon-ne combustion, susceptible d'etre automatise et miniaturise, et apte a équiper aussi bien les chaudieres de chauffage central foyer en depression ou legerement surpresse, que les genéra-teurs d'air chaud, egalement pour remplacer les pots br~leurs dans les poeles a mazout ~ vaporisation.
Selon la presente invention, il est aussi prévu un bruleur perfectionné à vaporisation de liquide combustible, comportant: une tete de combustion, des moyens d'amenée d'air sous pression dans un conduit relié à la tête de combustion, une encein~
_ 3 _ te de vaporisation connectée ~ ~ t~te de combustion o~ le~it combustible a~ri~e sous ~orme de v~peur~ pour se melanger ~
l~air de combustion, et des moyens pour amener le combusti-ble sous forme de goutelettes ou de fines particules a l'e~-ceinte de vaporisation, caracterise en ce que les moyens d~a-menés du combusti~le sous forme de go~ltelettes sensiblement sans pression comportent: une chambre cylind~ique se termi~
nant par un convergent debouchant sur une generatrice de la paroi de ladite enceinte de ~aporisation, des mo~ens pour ali-menter le fuel liquide sensiblement ~ pression atmospherique au convergent dont l'axe correspond sensiblement ~ l~axe de la chambre cylindrique, et des moyens pour amener un courant d'air tourbillonnaire de pulverisation au niveau du col du convergent qui debouche sur la paroi de la chambre.
L'enceinte de vaporisation connectee à la tete de combustion se présente avantageusement sous forme d~un tronc de c8ne, relié par sa partie base a la tête de combustion.
L'axe longitudinal de 17injecteur coincide alors sensiblement avec le centre de la base du cône, a~in d~assurer une meilleu-re répartition uniforme du jet.
En pratique, la distance verticale entre l'injPc-teur et la base du cane de l~enceinte de vaporisation est su-périeure a la longueur de résolution du jet.
De meme, les parois de cette enceinte sont chau~fées de maniere connue, notamment par des résistances électriques, a une temperature appropriée, de maniere a ce que ces parois aient une température comprise entre quatre cent cinquante et six cents de~rés C, car en deç~ on condeserait le liquide combustible et au-dela on le cra~uerait.
De préférence, la t2te de combustion se trou~e con-nectée, par le bas a l'enceinte de ~aporisation, et par le haut sur sa péripherie au conduit d~amenée d7air de combustion.
.~
3~
En pratique, cet air de combustion débouche dans un plan sen-siblement perpendiculaire au flux des ~apeurs de combustible et on fait varier le nombre et la forme des orifices d~ad-mission de cet air de combustion en fonction des résultats recherchés. On a déterminé que l~on obtenait de bons résultats en utilisant des têtes de combustion en forme de couronne per-cée à sa périphérie d~orifices d~amenée d'air de combustion, surmontée d7un canon cylindrique, présentant a sa base, de bas en haut, d'une part une grille anti-retour de flamme et d'autre part, une grille accroche-flamme.
Enfin, ce dispositif brûleur présente des moyens classiques, tels que:
- un allumeur électrique, par exemple par étincelles produi-tes entre électrodes par un générateur de haute tension, - des moyens pour surveiller la nature et l~existence de la flamme.
Un mode de réalisation préférentiel de cette inven-tion va êt~e décrit ci-apres a titre d~exemple en se référant aux dessins dans lesquels:
La figure 1 représente en vue perspective et écla~
tée sommaire un br~leur conforme ~ l~invention.
La figure 2 montre en vue perspective eclatée som-maire le détail de l'organe de pulverisation.
La figure 3 schématis* un convergent.
Les figures 4 et 6 représentent en coupe un detail de la tête de combustion.
Enfin, la figure 5 montre sommairement un tel brû-leur installe dans une chaudi8re.
En se référant a la figure 1, ce brûleur se compose:
- d'un ventilateur 1, connu pour ce type d'application par exemple a tras faible puissance de refoulement ~trois mil-libars) a débit nul, présentant sur une de ses faces late-6~
rales un moteur electxique d~e~trainement 2 et sur son autre face une prise dlair 3 reglable, - un conduit d~air 4, par exemple en tale metallique ou autre, relie de maniere connue a son entree a la bouche 5 du ventilateur 1, et a sa sortie ~ la peripherie de la t8te de combustion; ce conduit 4 est destine a amener llair de combustion pulse fourni par :le ventilateur 1 a la t8te de combustion 15 ou il rejoindra le combustible vaporise, - sur ce conduit 4 est branchee une prise d~air laterale de pulverisation qui par un autre conduit 7 amene cet air de pulverisation dans un pulverlsateur 8~ un diaphragme 9 ca-libre le rapport en volume entre l'air de combustion et l'air de pulverisation; on a determine que l'on obtenait de bons resultats en choisissant un rapport volumique voisin de cinq; ainsi, on s'eloigne.des limites d'inflammabilite du melange air de pulverisation-vapeurs de fuel dans l~en-ceinte de pulverisation, - un pulverisateur (voir figure 2) forme d~un corps cylindri-que 8, par exemple en laiton ou en acier, dans lequel passe un conduit longitudinal 10 d~amenee de combustible, relié a la source d~alimentation conuue et non representee de com-bustible sous pression, tel qu'une pompe non refoulante ou un bac à niveau constant; l~extremite 11 de ce conduit 10 forme injecteur et debouche dans un convergent 12, egale-ment en laiton, acier ou equi~alent, dont le col est situe sur une genératrice de l'enceinte de vaporisation 13~ le conduit 7 d'amenee de l'air de pulverisation debouche sen-siblement de fa~on tangentielle dans le corps 8; on a ;~
1$6 r3 ~;
déterminé que l'on obtenait de bons résultats si :
. le convergent 12 avait un angle au sommet voisin de soixante dix degrés et était surmonté d'un col (voir figure 3) cylin-drique 21, de préférence de un millimètre, . la distance entre la sortie du gicleur et l'entrée du conver- ;
gent était de l'ordre du millimètre, avantageusement de 0,5 millimètre ; dans ces conditions, on obt.ient des gouttelettes dont le diamètre maximum est inférieur à huit cents ~ et dont le diamètre moyen de Sauter calculé sans prendre en compte les gouttelettes de diamètre inférieur à cinquante ~ , est de quatre cent trente ~;
- une enceinte de vaporisation 13, en tole par exemple, dont les parois sont chauffées, par exemple par des résistances électriques 14, notamment au démarrage du bruleur, - une tête de combustion 15 en forme de -ouronne, connectée par sa base à~l'enceinte de vaporisa~ion 13 et par sa périphérie au canal 4 d'amenée de l'air de combustion, percée sur cette périphérie 16 d'orifices équiangulaires 17; cette tête 15 (voir notarnment figures 4 et 5) présente avantageu-sement la forme d'un tronc de cône sur la paroi l6 duquel ~nt repartis uniformement les orifces 17 d'amenee de l'a]r de combus-tion ; le tronc de cone 16 est connecté à la petite base de l'enceinte 13 de vaporisation et il est séparé de celle-ci par une grille classique accroche-flamme 19 de perméabilité
déterminée, destinée dT~epart, à accroche~ la flamme et, d'autre part, ~ fixer la vitesse de sortie des vapeurs de fuel ; ce tronc de cone 16 est éventuellement surmonté par .
sa grande base d'un canon c~lindrique 18 prolongeant la sortie de la tete de combustion 15 (voir figure 4) ; dans une forme dléxécution préférentielle, sans canon 18, la grille accroche-flamme 19 est associée à une toile métallique 20 placée avant elle, par rapport au sens des vapeurs, de lSi~3~
perméabilite plus grande, destinée a former grille anti-retour;
on améliore les résultats en pla~ant sur la couronne 16 une seconde série dlorifices équiangulair~s.: 21 au niveau même de ces grilles 19-20 , - des organes classiques et non représentés, tels que :
. un allumeur par étincelles sur électrodes ~ haute tension, placé au niveau de la tête de combustion, avec son trans-formateur destiné à fournir laénergi~ nécessaire à l'allu-mage ;
; 10 . des organes de surveillance de flamme, tels qu1une cellule photorésistante pour la flamme jaune ou une sonde à ionisa-tion pour la flamme bleue.
Pour un débit de fuel-oil à pulvériser de l'ordre de 0,8 kg par heure, on a déterminé que l'on obtenait de bons résultats avec les réglages suivants : -- rapport air de~ combustion/air de pulvérisation 5 - diamètre intérieur du corp.s 8 du pulvérisateur 20 mm - longueur de ce corps 8 50 mm - diamètre intérieur du conduit 7 qui débouche tangentiellement dans 8 10 mm - convergent 12, angle au sommet 70 - col 21 : longueur 1 mm diamètre 6,4 mm - injecteur 11 : diamatre extérieur 6 mm diamètre dlorifice de sortie 0,9 mm - distance orifice 11 - extrémité du canal 21 1,5 ~ 0,5 mm - débit en m3/heure de l~air de pulvérisation 1,7 à 1,8 - pression de l'air de pulvérisation en mbars 2,5 à 3 - diamètre des orifices 17 3 mm 30 - diamètre des orifices de la grille 193 mm - perméabilité de la grille 19 30 %
- perméabilité de la grille 20 51 %
```` ~J ~rjtj3~;
- maille de la yrille 20 1 mm .
Dans ces conditions, le jet est résolu à une distance moyenne de dix millimètres de la sortie du pulvérisateur 8.
On peut vérifier que ce jet appartient bien à la zone de régime oscillant et on détermine expérimentalement que ce jet se présente sous forme d'un cône creux d'angle au sommet voisin de quatre vingt dix degrés, avec des gouttelettes de diamètre moyen 430,u.
La figure 5 montre schématiquement un tel brûleur placé
en partie inférieure du foyer d'une chaudière, par exemple du type "à foyer borgne" qui permet d'assurer d'une part, la circulation de l'air de combustion avant la vaporisation et, d'autre part, un chauffage complémentaire de cette enceinte de vaporisation. Sur cette figure, 27 désigne la porte foyer et 28 le centre de llenceinte 13 où se projette par ailleuxs l'axe du jet issu du puIvérisateur ~3.
Le procédé et le dispositif selon l'invention présentent de nombreux avantages par xapport aux brûleurs connus à ce jour.
En fractionnant le combustible avant la vaporisation, on augmente la rapidité de cette vaporisation, car les gouttelettes formées ont une surface importante par rapport à leur volume.
Cela permet de réduire la taille de l~enceinte de vaporisation et par conséquent l'énergie nécessaire poux porter cette enceinte, puis la maintenir ~ la température de vaporisation.
La flamme obtenue, bieue ou jaune suivant l'agencement ; de la tete de combustion, se développe verticalement, -En orie,ntant dif~éremment la tête de combustion et son arrivée d'air et en modifiant la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation, on peut également obtenir une flamme horizontale.
Pour permettre la pulvérisation, la pression de refoulement du ventilateur doit être, comme déjà dit, de 1'ordre da deux et demi à trois millibars, ce qui correspond _g_ 3~
.
aux caractéristiques courantes des ventilateurs actuels pour cette appli,cation.
Cette pression offre l'avantage de favoriser le fonctionnement de ce type de brûleur sur des générateurs présentant un circuit dléchanges thermiques à pertes de charges assez élevées. En outre, ces brûleurs sont faciles à construire, à régler et à autom~tiser. Ils ~ont une excellente combustion et un très bon rendement et enfin, ils ne polluent pas.
On peut donc les utiliser avec succès comme brûleurs pour le chauffage _omestique.
.
.. ' ,;
Claims (5)
1. Brûleur perfectionné à vaporisation de liquide combustible, comportant:
- une tête de combustion, - des moyens d'amenée d'air sous pression dans un conduit relié à la tête de combustion, - une enceinte de vaporisation connectée à la tête de combus-tion où ledit combustible arrive sous forme de vapeurs pour se mélanger à l'air de combustion, - et des moyens pour amener le combustible sous forme de goutelettes ou de fines particules à l'enceinte de vapori-sation, caractérisé en ce que les moyens d'amenée du combustible sous forme de goutelettes sensiblement sans pression comportent:
- une chambre cylindrique se terminant par un convergent dé-bouchant sur une génératrice de la paroi de ladite enceinte de vaporisation, - des moyens pour alimenter le fuel liquide sensiblement à
pression atmosphérique au convergent dont l'axe correspond sensiblement à l'axe de la chambre cylindrique, - et des moyens pour amener un courant d'air tourbillonnaire de pulvérisation au niveau du col du convergent qui débou-che sur la paroi de la chambre.
- une tête de combustion, - des moyens d'amenée d'air sous pression dans un conduit relié à la tête de combustion, - une enceinte de vaporisation connectée à la tête de combus-tion où ledit combustible arrive sous forme de vapeurs pour se mélanger à l'air de combustion, - et des moyens pour amener le combustible sous forme de goutelettes ou de fines particules à l'enceinte de vapori-sation, caractérisé en ce que les moyens d'amenée du combustible sous forme de goutelettes sensiblement sans pression comportent:
- une chambre cylindrique se terminant par un convergent dé-bouchant sur une génératrice de la paroi de ladite enceinte de vaporisation, - des moyens pour alimenter le fuel liquide sensiblement à
pression atmosphérique au convergent dont l'axe correspond sensiblement à l'axe de la chambre cylindrique, - et des moyens pour amener un courant d'air tourbillonnaire de pulvérisation au niveau du col du convergent qui débou-che sur la paroi de la chambre.
2. Brûleur selon revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour amener l'air tourbillonnaire de pulvérisation, débouche tangentiellement dans ladite chambre de pulvérisation et est relié à la même source d'amenée d'air de combustion sous pression.
3. Brûleur selon la revendication 1 ou 2, carac-térisé en ce que l'enceinte de vaporisation connectée à la tête de combustion se présente sous forme d'un tronc de cône relié par sa petite base à la tête de combustion et en ce que l'axe longitudinal de l'injecteur coïncide sensiblement avec le centre de la base du cône.
4. Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tête de combustion se trouve connectée par le bas à
l'enceinte de vaporisation et sur sa périphérie au conduit d'amenée d'air de combustion et en ce que cet air de combustion débouche dans un plan sensiblement perpendiculaire au flux des vapeurs de combustible.
l'enceinte de vaporisation et sur sa périphérie au conduit d'amenée d'air de combustion et en ce que cet air de combustion débouche dans un plan sensiblement perpendiculaire au flux des vapeurs de combustible.
5. Brûleur selon la revendication 1, 2 ou 4, carac-térisé en ce que la tête de combustion a la forme d'un tronc de cône percée à sa périphérie d'orifices d'amenée d'air de combustion et présente à sa base une grille anti-retour de flamme et une grille accroche-flamme.
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