Brûleur à gaz. La présente invention a pour objet un brûleur à gaz à mélange préalable de gaz com bustible et de comburant, dit brûleur à flamme bleue.
Elle a pour but de procurer un brûleur permettant d'obtenir une flamme stabilisée pour des vitesses d'écoulement du mélange combustible supérieures à la vitesse de souf flage.
Pour tolite tête de brûleur à flamme bleue, alimentée avec un mélange combustible de composition et de température définies et fonctionnant dans des conditions d'emploi qui déterminent la température de cette tête de brûleur et l'accès de l'air secondaire aux flam mes, il existe une vitesse limite d'écoulement (lu mélange combustible dans les orifices de la tête de brûleur appelée vitesse de soufflage. Lorsque la vitesse d'écoulement est supérieure à la vitesse de soufflage, la flamme quitte la tête de brûleur.
Pour accroître le débit du brûleur, il faut augmenter les dimensions de la tête. Lorsque la vitesse de soufflage est faible et c'est le cas pour les mélanges combustibles à base de car bures d'hydrogène saturés tels que méthane, propane et butane, l'encombrement de la tête de brûleur est parfois trop important et la concentration de chaleur trop faible pour cer tains emplois.
On a donc cherché à reculer cette limite (le fonctionnement du brûleur à flamme bleue et l'on connaît plusieurs brûleurs, principale- ment des brûleurs utilisant les gaz de pétrole, qui permettent de stabiliser la flamme au-delà de la vitesse de soufflage correspondant à un brûleur ordinaire. Cette stabilisation peut être obtenue en plaçant une flamme à faible vitesse d'écoulement à côté de la flamme principale, en dirigeant. la flamme vers une surface chaude ou en planant autour des orifices de la tête du brûleur une paroi de forme appro priée créant un mouvement tourbillonnaire de l'ensemble des gaz chauds.
Tous ces brûleurs présentent des inconvé nients: coût élevé, température élevée de la tête de brîileur ou contre-pression importante à la sortie de la tête de brûleur.
Le bi-îileur faisant l'objet de la présente invention tend à obvier à ces inconvénients, tous les orifices de sa tête de brûleur pouvant être identiques et alimentés à la même pres sion. Ce brûleur est caractérisé en ce qu'il comprend une tête présentant des canaux de décharge pour le mélange à brûler, tels que l'axe de chaque canal est incliné par rapport.
à l'axe d'au moins un canal adjacent., l'espace ment. des orifices de deux canaux adjacents dont les axes sont. inclinés l'un par rapport à l'autre et l'inclinaison de ces axes l'un par rapport à l'autre étant choisis afin que des tourbillons se forment entre deux jets de mé lange combustible sortant de ces orifices, tour billons capables de stabiliser les flammes produites par la combustion du mélange. En conséquence, la stabilisation de la, flamme est assurée par les tourbillons de gaz à haute température prenant naissance à la périphérie des veines de gaz combustible en flammées immédiatement à la sortie de la tête de brûleur.
D'autre part, le volume de gaz intéressé par ce mouvement tourbillonnaire est suffisamment faible pour que l'échauffement de la tête de brûleur et la, résistance à l'éeou- lement du mélange combustible à travers les orifices de la tête de brûleur soient négligea bles.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du brûleur objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective, partie en coupe, d'une première forme d'exécution. La fig. 2 en est une vue partielle en coupe transversale.
La fig. 3 est une vue en perspective d'un détail d'une deuxième forme d'exécution.
La fig. 4 est une vue en perspective, partie en coupe, de cette deuxième forme d'exécution. La fig. 5 est une vue partielle analogue d'une variante de la deuxième forme d'exécu tion.
La fig. 6 est une vue en perspective d'une variante de la première forme d'exécution. La fig. 7 est une vue en perspective, partie en coupe, d'une troisième forme d'exécution. La fig. 8 est une vue analogue de la troi sième forme d'exécution en cours de fabrica tion.
La fig. 9 est une vue analogue d'une va riante de la troisième forme d'exécution.
La fig. 10 est une vue partielle en perspec tive d'une quatrième forme d'exécution.
La fig. 11 est une vue en perspective d'une cinquième forme d'exécution.
La fig. 12 est. une vue en perspective, par tie en coupe, d'une sixième forme d'exéeution. Les fig. 13, 14 et 15 sont des vues analo gues de trois autres foimes d'exécution.
La fig. 16 est une vue analogue d'une se conde variante de la première forme d'exécu tion. Les fig. 17 et 18 sont des vues analogues d'une dixième et d'aune onzième forme d'exé- eution.
La fil. 19 est une vire analogue d'une deuxième variante de la troisième forme d'exé cution, et la fig. 20 est une vue analogue d'une douzième forme d'exécution.
Le brûleur représenté aux fig. 1 et 2 com prend une tête de brûleur 2 comprenant une barre 5 dont chacune de deux faces opposées présente des nervures parallèles entre elles et inclinées par rapport aux normes de l'autre face. Cette barre est disposée entre deux pa rois planes 6 et 7, de manière à. délimiter entre elle et ces parois des canaux de décharge 1 et 1' de section rectangulaire. Ces canaux sont disposés sur deux rangées parallèles; les axes des canaux de chaque rangée (par exemple 1) sont dans un plan parallèle au plan qui con tient les axes des canaux de l'autre rangée (par exemple 1'). Les deux rangées de canaux 1 et 1' sont adjacentes sur toutes leurs éten dues respectives.
Les axes des canaux d'une même rangée sont parallèles, tandis due les axes des canaux des deux rangées sont incli nés les uns par rapport aux autres. Du mé lange de gaz combustible et de comburant est amené dans un collecteur 3 et s'écoule à grande vitesse par les canaux 1 et, l'.
La vi tesse moy-eniie de sortie du mélange est. la même pour l'orifice. de sortie de chaque canal, mais on constate (fig. ) qu'il se forme, im médiatement à. la sortie et entre les orifices de deux canaux voisins 7, l' appartenant eha:
cun à une rangée différente, des tourbillons 4 qui, en ramenant des gaz bi-flés encore à haute température vers la base des flammes, assurent la stabilité des flammes pour des vi tesses d'écoulement du mélange combustible nettement plus élevées que celle qui corres pond à. la limite (le soufflage observée pour un brûleur ne comportant qu'une rangée de canaux ou plusieurs ran;ées de canaux ayant tous des axes parallèles.
Dans le brûleur re présenté aux fig. 1 et. 2, les canaux sont de sec tion rectangulaire, mais de nombreuses autres formes de canaux permettent d'obtenir le même résultat, l'essentiel étant de choisir con- v enablement l'inclinaison et l'écartement des canaux. Ce brûleur peut être réalisé en em ployant les matières et les moyens d'usinage couramment utilisés pour la construction de brûleurs. Les nervures de la barre peuvent être notamment obtenues par moulage, frai sage, matriçage, etc.
La tête de brûleur représentée aux fig. 3 et 4 est de construction particulièrement éco nomique. Elle comprend une barre rectangulaire droite 5 (fig. 3) autour de laquelle est enroulé en hélice un fil métallique 6 de section circu laire ou prismatique. Cette barre est disposée entre deux parois planes 7 et 8 (fig. 4), de manière à délimiter entre elle et ces parois deux rangées parallèles de canaux disposés de façon analogue à ceux de la première forme d'exécution. Cette tête de brûleur peut pré senter une forme quelconque, par exemple comme montré à la fig. 5.
La tête de brûleur représentée à la fig. 6 est une variante de la première forme d'exé cution et comprend trois barres 9; chaque barre présente sur chacune de deux faces opposées des nervures parallèles entre elles et inclinées par rapport à celles de l'autre des- dites faces. Chacune de ces barres 9 est dis posée entre deux parois planes, de manière à délimiter, entre elle et ces parois, des rangées parallèles de canaux. Les parois intermédiai res sont constituées par des barres lisses 10, et les axes des canaux des diverses rangées sont orientés dans des directions alternées de rangée à rangée.
La fig. 7 montre une troisième forme d'exécution constituant une tête de brûleur de forme circulaire. Pour réaliser cette tête (le brûleur, on prépare une bande rectangm- laire 5 de faible épaisseur autour de laquelle on enroule un fil en hélice. Contre cette bande, on place une autre bande plane 11, non garnie de fil. L'ensemble des deux bandes est introduit dans une enveloppe cylindrique 12; la pose est simplifiée en opérant de la façon indiquée à la fig. 8. Une échancrure 13 étant pratiquée dans la paroi de l'enveloppe 12, on enroule les deux bandes en spirale autour d'un mandrin 14 placé au centre de l'enveloppe, jusqu'à ce que la section de l'enveloppe soit complètement garnie. On peut alors arrêter las bandes et obturer l'échancrure.
La fig. 9 montre une tête de brûleur réalisée dans les mêmes conditions, le mandrin 14 ayant ce pendant été remplacé par un tube 15, qui per met ainsi de réaliser une tête de brûleur en couronne ayant une entrée d'air secondaire centrale en 16.
La fig. 10 représente une quatrième forme d'exécution qui comporte une paroi plane et des barres de métal laminé 7.7 présentant cha cune, sur une de ses faces, des nervures 18 parallèles entre elles et inclinées par rapport aux nervures de la barre adjacente. Une face de chacune de ces barres, opposée à la face présentant les nervures, esse plane et les barres et la paroi sont disposées de manière à déli miter entre elles des rangées parallèles de ca naux.
Les fig. 11 et 12 représentent des têtes de brûleur de forme circulaire dont les axes des canaux .sont. situés soit dans des plans parallè les (fig. 11), soit sur des surfaces coni ques coaxiales (fi-. 12). De telles têtes peu vent être construites en enroulant un fil 6 autour de couronnes planes ou coniques 5, comme indiqué aux fig. 13 et 14.
La fig. 15 donne une idée de la facilité avec laquelle on peut construire des brûleurs industriels de formes et de dimensions variées. La tête de brîileur représentée à la fig. 15 est constituée par deux barres 5 et 5' préparées comme celle représentée à la fig. 3 et. serrées entre un corps 19 en tôle ou en acier laminé et une cornière 20.
Dans toutes les formes d'exécution et tou tes les variantes décrites jusqu'ici, tous les ca naux sont disposés de manière que des tour- billons .stabilisateurs soient produits à la base de chaque flamme. Il est bien entendu possi ble de limiter l'autostabilisation à une partie seulement de l'ensemble des canaux, les flam mes autostabilisées stabilisant d'autres flam mes allumées à la sortie de canaux quelcon ques.
La fig. 16 représente une tête de brû leur comportant deux. doubles rangées de ca- naux 21 et 21', inclinés les uns par rapport aux autres et prévus pour des flammes auto- stabilisées, placés de part et d'antre de la sortie d'un canal de décharge ordinaire cons titué par une simple fente 22 pour une grande flamme médiane. La disposition est telle que la grande flamme médiane est sta bilisée par les flammes produites par la com bustion du mélange sortant par les antres ca naux 21 et 21' de la tête.
La fig. 17 repré sente une tête de brûleur cylindrique dans laquelle une flamme centrale allumée à la sortie d'un canal 23 de gros diamètre est sta bilisée par une double rangée périphérique de flammes autostabilisées.
La fig. 13 représente une tête de brûleur cylindrique 12 coupée suivant un diamètre par une cloison présentant deux rangées de canaux pour des flammes autostabilisées qui stabilisent deux flammes allumées de part et d'autre de cette cloison.
La fig. 19 représente une tête de brûleur comprenant un ensemble cylindrique 24, ana logue à celui de la troisième forme d'exécu tion et agencé pour produire un noyau de flammes autostabilisées, jaillissant du centre du brûleur 12.
La fig. 20 représente une tête de brûleur 12 à plusieurs rangées de flammes disposées en couronnes; une double rangée de flammes autostabilisées jaillissant de canaux 26 stabi lise les flammes allumées à la sortie de canaux ordinaires 25 disposés sur plusieurs rangées.