Brûleur La présente invention a pour objet un brûleur à combustible liquide ou gazeux pouvant être utilisé sur tous les appareils thermiques nécessitant des gaz de combustion à haute température.
Le brûleur selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre de combustion montée à rotation dans le corps du brûleur, des moyens pour entraîner cette chambre en rotation et des moyens pour projeter le combustible sur la paroi interne de ladite chambre.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux modes de réalisation du brûleur objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe du premier mode de réalisation, et la fig. 2 est une vue en coupe du second mode de réalisation.
Tel qu'il est représenté à la fig. 1, le brûleur comprend une enveloppe 1 qui est fermée à sa partie arrière par un fond 2 et dans laquelle est monté à rotation un arbre 3 supporté par des paliers 4 et 5. Sur l'arbre 3 sont fixés: le rotor 6 d'un moteur dont le stator 7 est fixé à l'intérieur de l'enveloppe 1, la turbine 8 d'un ventilateur dont la volute 9 est cons tituée par un prolongement de l'enveloppe 1, des bras 10 supportant une chambre de combustion 11 et, en bout d'arbre, une coupelle 12.
A son extrémité opposée à celle où se trouve la coupelle 12, l'arbre 3 porte une came 13 qui co opère avec le poussoir 14 d'une pompe à membrane 15. L'admission de cette pompe est reliée à un réser voir de combustible par un clapet 16 et son refoule ment est relié de son côté à un perçage axial 17 de l'arbre 3 par un clapet de retenue 18 et le clapet 19 d'une électrovanne 20. Lorsque celle-ci est ouverte, le combustible aspiré par la pompe dans le réser voir de combustible est ainsi refoulé à la coupelle 12 à partir de laquelle il est projeté par la force centri fuge.
Entre les, bras. 10 et la chambre de combustion 11 est interposé un disque 21 dont une ouverture centrale a un diamètre supérieur à celui de la cou pelle 12, de sorte qu'il existe autour de cette cou pelle un espace annulaire 22 par où l'air venant du ventilateur 8-9 peut arriver à la coupelle. Ce disque est, en outre, percé d'une rangée de trous périphéri ques 23 et porte une coupelle 24 sur laquelle est fixée une autre coupelle 25.
Les deux coupelles 24 et 25 sont dirigées en sens contraire, c'est-à-dire qu'elles ont leur grande base en regard. Elles for ment une chambre de prémélange qui entoure la cou pelle 12, et sont légèrement écartées l'une de l'autre, la chambre de prémélange comportant de ce fait une ouverture circulaire 26. En outre, la coupelle 25 est munie d'une série de trous 27.
Sur la volute 9 du ventilateur sont fixés un redresseur 28 qui se trouve derrière le rotor 8 du ventilateur, et un corps 29. Un manchon en céra mique 30, disposé dans une gaine, est monté dans, ce corps, entre lui et la chambre de combustion, de sorte qu'il existe autour de la gaine un espace annu laire 31 par où l'air provenant du ventilateur peut passer. Le manchon 30 contient une résistance élec trique 32 qui entoure la chambre 11, la paroi de celle-ci étant percée d'orifices 33 en regard de la résistance.
La chambre de combustion 11 est prolongée par un tube foyer fixe 34. Entre lui et la chambre de combustion se trouve un anneau tronconique 35 qui est solidaire de la gaine et détermine avec une saillie annulaire.34a du tube 34 une ouverture annulaire 36 mettant le tube foyer en communication avec l'es pace annulaire 31.
Enfin, l'enveloppe 1 est reliée, en amont du sta tor 7 du moteur électrique avec un conduit d'arri vée d'air 37 muni d'un papillon de réglage 38.
Le brûleur qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante: le moteur électrique actionne la pompe à membrane 15 qui envoie le combustible à la coupelle 12 par l'intermédiaire du perçage axial 17 de l'arbre 3. Au cours de son trajet, le combusti ble passe autour de la came 13 en graissant ainsi la surface de contact entre cette came et le poussoir 14. Le combustible admis dans la coupelle 12 est projeté par l'action de la force centrifuge dans la chambre de prémélange constituée par les coupelles 24 et 25.
Il y est préchauffé et vaporisé en partie par la coupelle 25 qui est chauffée fortement par le rayonnement de la flamme à l'intérieur de la cham bre de combustion.
L'air de combustion pénètre dans l'enveloppe 1 par le conduit 37 et refroidit le bobinage du moteur. Une partie de cet air pénètre autour de la coupelle 12 par l'ouverture circulaire 22 où il se mélange avec le combustible préchauffé et partiellement vapo risé. Le mélange sort par l'ouverture circulaire 26 et les trous 27 et parvient dans la chambre de com bustion 11. Au cours de son trajet, il rencontre l'air secondaire qui est admis par les trous 23.
Le mélange combustible est projeté par la force centrifuge sur la paroi interne de la chambre 11 dans la zone de la couche limite. Il brûle dans cette zone et, à la sortie de la chambre 11, rencontre l'air ter tiaire qui arrive par l'ouverture circulaire 36 et la combustion s'achève dans le tube foyer 34.
Du fait de la force centrifuge, il se crée au centre de la chambre 11 une dépression qui aspire les gaz enflammés et il s'établit une circulation au centre, en sens inverse de l'écoulement sur la périphérie, comme indiqué par les flèches 39. Du fait de ce recyclage à l'intérieur de la chambre, la flamme est aspirée et projetée sur la paroi intérieure de celle-ci comme indiqué par les flèches 40 ; cette paroi est de ce fait fortement chauffée, ce qui assure la vaporisation inté grale de la pellicule de combustible provenant de la chambre de prémélange. Par ailleurs, cette dépres sion favorise la sortie du mélange combustible par les trous 27.
Pour faire démarrer ce brûleur, on met sous tension la résistance 32 qui chauffe la paroi de la chambre de combustion 11, puis on met le moteur 6-7 en route après avoir ouvert l'électro-vanne 20, de sorte que l'air et le combustible sont admis dans la chambre. Le combustible venant au contact de la paroi chaude de la chambre 11 se vaporise et les vapeurs formées sont enflammées à la sortie de la chambre par la résistance 32.
La flamme ainsi créée est aspirée par la dépression régnant au centre de la chambre 11 et remonte à l'intérieur de cette cham- bre pour être projetée vers la paroi intérieure de celle-ci en la chauffant, ainsi que la coupelle 25.
La résistance 32 est ensuite mise hors circuit, la combustion assurant automatiquement le chauffage de la paroi de la chambre 11, comme cela a été indi qué précédemment.
Sur la paroi interne de la chambre de combus tion 11, dans la zone de la couche. limite, le gradient d'écoulement est faible, de sorte que la combustion se fait superficiellement sur la surface de la paroi. Le front de flamme se stabilise sur cette paroi indé- pendamrnent du débit, donc de la vitesse du mélange carburé. De même, les tourbillons qui se créent par le recyclage des gaz à l'intérieur de la chambre pro duisent une homogénéisation du front de flamme, ce quia pour conséquence de diminuer le temps de préchauffage et de préallumage du mélange carburé.
Le mode de réalisation décrit à la fig. 2 est sem blable dans ses grandes lignes à celui de la fig. 1. On n'en décrira, par suite, que les parties qui en dif fèrent, les éléments semblables ayant les mêmes réfé rences qu'à la fig. 1.
La chambre de combustion 11 contient une deuxième chambre de cornbustio.-i? 41 qui est plus courte que la première chambre et dont le bord de fuite est découpé de manière à former des branches 42, comme les pétales d'une tulipe. Chacun de ces pétales est relié à la chambre de combustion 11 par une ailette 43 qui est inclinée par rapport à l'axe du brûleur d'un angle relativement faible, cet angle étant d'environ 12,1 dans l'exemple de réalisation représenté.
La chambre de combustion 41 comporte sur sa périphérie une série de trous 44 et est munie exté rieurement d'un anneau 45 disposé à proximité de ces trous, mais en aval par rapport à ceux-ci. Un anneau 46 est, en outre, prévu à l'intérieur de la chambre de combustion 41 à proximité de la base des branches 42.
La chambre de prémélange prévue à la fig. 1 est supprimée, mais à l'intérieur des deux chambres est encore prévue la coupelle d'alimentation 12 qui com munique avec le conduit central d'arrivé-, de com bustible 17 par l'intermédiaire d'un bouchon 47 com portant un perçage axial borgne 48 et des perçages radiaux 49.
La pompe d'alimentation 15 est toujours à mem brane, mais celle-ci est actionnée par un excentrique 50 qui est prévu à l'extrémité de l'arbre 3 et sur lequel est monté un roulement 51 destiné à diminuer les frottements. La chambre d'aspiration et de com pression 52 de la pompe communique avec un conduit d'alimentation en combustible non représenté par l'intermédiaire du clapet de retenue également non représenté et avec le conduit central 17 par l'in termédiaire d'un perçage 53.
Dans la chambre 52 est monté coulissant un pis ton 54 qui forme en même temps clapet de retenue et est fixé au centre d'une membrane 55 susceptible d'être déplacée par un électro-aimant 56. Le brûleur qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante Au démarrage, avant de mettre le moteur en route, on met sous tension la résistance blindée 32. Lorsque cette résistance est portée à une température élevée, elle chauffe par rayonnement la paroi de la chambre 11. Par conductibilité à travers les ailettes 43, elle chauffe également la paroi de la chambre 41.
Au bout de quelques minutes, les parois de ces chambres étant portées à une température convena ble, on met sous tension l'électro-aimant 56, ce qui donne une impulsion à la membrane 55. Cette mem brane refoule une certaine quantité de combustible à travers l'axe dans la coupelle 12. Le combustible descend sur la paroi de la chambre 41 : une partie se vaporise et l'autre partie, à l'état liquide, traverse les trous 44 pour arriver sur la paroi de la chambre 11. La pente de cette chambre permet au combustible d'arriver sur la résistance électrique 32 où il s'en flamme. Cette flamme pilote enflamme également les vapeurs de combustible créées par les chambres 11 et 41.
On met ensuite le moteur électrique 6-7 en mar che, ce qui entraîne l'alimentation du brûleur à la fois en combustible et en air. Il se produit alors, comme on le verra ci-après, une dépression au cen tre de la chambre 41, de sorte que la flamme pilote est aspirée dans les chambres et enflamme le mélange carburé débité par la pompe et le ventilateur. Après le démarrage, on coupe le circuit d'alimentation de la résistance 32 ; la flamme se stabilise à l'intérieur des chambres et le chauffage des parois de ces cham bres assure automatiquement la vaporisation du com bustible.
Au cours de son trajet pour parvenir à la cou pelle 12, le combustible circule autour de l'excen trique 50 et du roulement 51 en les lubrifiant et tra verse le perçage 53. Ce perçage tournant autour de l'axe du brûleur, il se produit, sous l'effet de la force centrifuge, une perte de charge constante dans l'écou lement du combustible. Cette perte de chârge cons tante facilite le réglage du débit de la pompe et per met d'avoir un débit constant de la pompe indépen dant de la viscosité du combustible.
Sous l'effet de la force centrifuge, la coupelle 12 pulvérise le combustible sur la première chambre 41. Sur les parois chaudes de cette chambre, une par tie du combustible est vaporisée ; le reste du com bustible non vaporisé traverse les trous 44 pour arri ver sur la surface intérieure de la deuxième chambre 11 où il se vaporise intégralement. Les anneaux 45 et 46 empêchent le combustible de déborder sur le bord de fuite de la chambre 41.
L'air de combustion refoulé par la turbine du ventilateur 8 est distribué par le disque 21 sous forme d'air primaire, d'air secondaire et d=air tertiaire. L'air primaire pénètre dans la chambre 41 autour de la coupelle 12 par l'ouverture circulaire 22. Cet air primaire se mélange avec le combustible vaporisé par la chambre 41 et la combustion se fait sur la paroi interne de cette chambre. L'air secondaire est admis dans. la deuxième chambre 11 par les trous 23. Cet air se mélange avec le combustible vaporisé par la chambre 11 et la combustion se fait sur la paroi inté rieure de cette chambre, c'est-à-dire entre l'espace annulaire qui existe entre les chambres 11 et 41.
Le mouvement de rotation des deux chambres 11 et 41 produit sur leur surface une couche limite dont l'épaisseur est fonction de la vitesse angulaire des parois et de la vitesse du mélange. La combus tion se produit dans cette couche limite et la flamme se stabilise dans cette zone de combustion super ficielle. Pour achever la combustion à la sortie des chambres, l'air tertiaire est admis à l'entrée du tube foyer 34 par l'espace annulaire 31 et l'ouverture 36.
La forme et la position des deux chambres 11 et 41, ainsi que leur mouvement par rapport à l'écou lement des gaz, produisent à l'intérieur desdites chambres un recyclage des gaz de combustion. Les ailettes 43, dans leur mouvement de rotation et par leur incidence, provoquent un déplacement axial des gaz à la sortie de la chambre de combustion 11 comme indiqué par les flèches 57. En même temps, ce déplacement produit une aspiration des gaz en flammés au centre de la chambre 41 à travers les branches 42.
La flamme de la chambre 41 est refou lée à travers les branches vers l'extérieur pour être aspirée à travers les ailettes 43 comme indiqué par les flèches. 58. La dépression<I>créée</I> ainsi au centre de la chambre 41 aspire les flammes refoulées par les ailettes et également l'air tertiaire. Il se forme donc un recyclage des gaz entre les deux chambres. Ce recyclage engendre à l'extérieur des chambres un tourbillon annulaire 59 qui stabilise le front de flamme à la sortie des chambres.
Par conséquent, la combustion se fait sur les parois des chambres dans la couche limite ; une combustion superficielle et la stabilité de flamme sont ainsi assurées par le tour billon annulaire 59.
Le réglage des brûleurs qui viennent d'être décrits .est automatique. Plus on augmente le débit du com bustible, plus la quantité de calories développées est grande ; il en résulte que la paroi de la chambre 11 ainsi que celle de la chambre 41 dans le mode de réalisation de la fig. 2 sont davantage préchauffées et qu'elles peuvent ainsi vaporiser une quantité plus grande de combustible.