La présente invention a pour objet un brûleur à combustible liquide comprenant un générateur d'ondes ultrasoniques en vue de pulvériser les huiles combustibles.
Dans les brûleurs à combustible liquide mettant en oeuvre un générateur d'ondes ultrasoniques, L'huile combustible forme une pellicule trés mince sur la surface vibrante ayant une certaine superficie et vibrant à une fréquence ultrasonique de telle manière que l'huile combustible puisse être pulvérisée en particules finement divisées sous l'effet des vibrations ultrasoniques de la surface soumise aux vibrations. Toutefois, les brûleurs à combustible liquide antérieurement connus mettant en oeuvre des générateurs d'ondes ultrasoniques présentent tous le même inconvénient, à savoir: les énergies cinétiques des particules de combustible pulvérisé sont inférieures à celles des particules de combustible pulvérisé sous l'action de la pression d'un flux d'air ou de manière similaire, de sorte que les particules de combustible pulvérisé ne sont pas uniformément réparties.
C'est-à-dire que, étant donné que les particules de combustible pulvérisé commencent à tomber sous l'effet de la pesanteur immédiatement après avoir quitté la surface vibrante, elles forment une zone de combustion ou de mélange air-combustible extrêmement concentrée au voisinage de la surface vibrante. C'est pourquoi non seulement l'allumage d'un mélange air-combustible de concentration aussi dense devient difficile, mais il se produit également des pulsations de combustion et des sauts de flamme du fait que le taux d'air dans le mélange air-combustible est faible. Il en résulte une diminution considérable du rendement de la combustion en même temps qu'une augmentation du bruit de la combustion.
De plus, étant donné que les particules de combustible pulvérisé ont une énergie cinétique inférieure, elles sont plus aisément influencées par le flux d'air de combustion de manière qu'elles ont tendance à s'éloigner de la zone de combustion en direction de la zone de mauvaise combustion. Ainsi, un nombre considérable de particules est gaspillé sans utilité aucune.
De plus, pour pouvoir pulvériser une quantité accrue de combustible, la puissance fournie au générateur d'ondes ultrasoniques doit être accrue. En outre, lorsque la puissance absorbée est supérieure à la puissance nominale, la chaleur dégagée est plus élevée et il en résulte une durée de vie inférieure du brûleur à combustible. De plus, dans le cas de brûleurs à combustible liquide équipés de générateurs d'ondes ultrasoniques, les vibrations de vibrateur sont transmises aux autres organes associés de manière que le bruit émis est un inconvénient pour l'environnement.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
Le brûleur à combustible liquide, conformément à la présente invention est caractérisé par un pavillon dont l'une des extrémités est fixée à un vibrateur connecté au générateur d'ondes ultrasoniques et dont l'autre extrémité comporte une surface de pulvérisation de combustible liquide, par un conduit extérieur entourant coaxialement le vibrateur et le pavillon, par un support du pavillon à l'intérieur du conduit extérieur, par une admission du combustible liquide à la surface de pulvérisation du pavillon, par des moyens disposés coaxialement et extérieurement à la surface de pulvérisation et destinés à redresser et faire tourbillonner les particules de combustible liquide pulvérisé, et par des moyens destinés à réduire les vitesses des particules de combustible pulvérisé animées d'un mouvement tourbillonnaire et à faire converger le flux des particules de combustible pulvérisé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, différentes formes d'exécution du brûleur, objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une première forme d'exécution, selon la ligne 1-1 sur la fig. 2;
la fig. 2 est une vue en bout de l'extrémité de gauche du brûleur représenté sur la fig. 1;
la fig. 3 est une coupe partielle du pavillon exponentiel du brûleur;
la fig. 4 est une vue en bout de l'extrémité de droite du pavillon exponentiel;
les fig. 5 à 7 sont des graphiques explicatifs des avantages offerts par le brûleur à combustible liquide, et
les fig. 8 et 9 sont une vue en élévation et une vue en bout illustrant une variante de montage du pavillon expotentiel et brûleur à combustible.
Comme indiqué sur la fig. 1, la base d'un pavillon exponentiel 1 est fixée à un vibrateur magnétostrictif 2 qui est, à son tour, électriquement connecté par des conducteurs 3 à un oscillateur 4 générateur d'ondes ultrasoniques. De ce fait, le pavillon I vibre à une fréquence ultrasonique lorsque le générateur magnétostrictif 2 est le siège d'oscillations. Un conduit ou boitier cylindrique extérieur 5 est disposé de manière coaxiale autour du pavillon 1,
I'extrémité de gauche de ce conduit étant fixée à un organe terminal annulaire 6 qui comporte une partie divergente 6a, une partie de paroi incurvée 6b et une partie en forme de bride 6c s'étendant radialement. A l'intérieur du conduit extérieur 5 est disposé un conduit annulaire intérieur 7 coaxial au pavillon 1.
Entre les conduits extérieur et intérieur 5 et 7 est disposé un aubage de mélange extérieur 8 comportant un certain nombre d'aubes hélicoïdales 8a. Entre le pavillon I et l'aubage de mélange extérieur 8 est disposé un aubage de mélange intérieur 9 de construction similaire à celle de l'aubage de mélange extérieur 8. Le pavillon exponentiel est fixé au conduit extérieur 5 par plusieurs supports 10 dont une description plus détaillée est donnée plus bas.
Des bougies d'allumage 12, disposées à l'intérieur du conduit extérieur 5 et comportant des électrodes à décharge d'étincelles 13, s'étendent à travers l'aubage de mélange extérieur 8 et sont électriquement connectées à un transformateur 14 par des conducteurs à haute tension 11. Un régulateur de débit d'huile combustible 16 est hydrauliquement relié par une conduite de combustible 15 à un orifice d'injection de combustible 17 agencé au centre du pavillon 1 de telle manière que l'huile combustible soit amenée à une surface de pulvérisation 18 à l'extrémité gauche de pavillon par le régulateur 16, la conduite de combustible 15 et l'orifice d'injection de combustible 17.
Les fig. 3 et 4 illustrent le montage du pavillon 1. La partie désignée par A sur la fig. 1 est représentée en détail sur la fig. 3.
Le pavillon 1 est mis en vibration par le vibrateur magnétostrictif 2, les points nodaux auxquels l'amplitude est égale à zéro étant situés sur son axe. La conduite de combustible 15 est disposée de manière à pénétrer radialement dans le pavillon 1 dans un plan nodal pour communiquer avec l'orifice d'injection de combustible 17. Le pavillon 1 est également supporté dans le plan nodal.
C'est-à-dire que plusieurs bras 22 comportant des trous 22a à leur extrémité libre s'étendent équiangulairement à partir de la position nodale du pavillon 1 et sont reliés aux supports 10 par des silentblocs 19 ainsi que des boulons 20 et leurs écrous 21. Plus précisément, le silentbloc 19 est engagé dans le trou 22a à l'extrémité libre du bras 22, et le boulon 20 est engagé dans le trou 19a du silentbloc 19. Il en résulte que les supports 10 et les bras 22 sont espacés les uns des autres par les silentblocs 19. Les pieds des supports 10 peuvent être rigidement fixés à la paroi intérieure du conduit ou boîtier extérieur 5, par soudage par exemple.
Etant donné que les bras 22 ont une certaine épaisseur, les vibrations du pavillon 1 sont transmises aux bras mais, du fait que les silentblocs sont intercalés entre les bras 22 et les supports 10, la transmission de vibrations du pavillon 1 au conduit ou boîtier extérieur 5 peut être notablement réduite, comme indiqué sur la fig. 5.
Sur la fig. 5, la courbe en trait plein a illustre le rapport existant entre la pression acoustique et la fréquence lorsqu'aucun silentbloc n'est utilisé, alors que la courbe b en traits interrompus indique le rapport lorsque des silentblocs 19 sont mis en oeuvre. II appert que, dans le brûleur décrit la pression acoustique peut être réduite d'environ un quart par rapport aux brûleurs ne comportant pas de silentblocs.
Comme indiqué sur la fig. 1, L'huile combustible amenée à la surface de pulvérisation 18 par le régulateur 16, la conduite de combustible 15 et l'orifice d'injection de combustible 17 s'étale sur la surface de pulvérisation 18 de manière à former une mince pellicule d'huile combustible pour être finalement pulvérisée. L'air est refoulé dans le brûleur par un ventilateur (non représenté) disposé sur le côté gauche du brûleur sur la fig. 1, à travers une ouverture d'admission 5a agencée dans le conduit extérieur 5. Cet air s'écoule dans le sens indiqué par les flèches P, Q et R.
L'air s'écoule le long de la surface périphérique du pavillon 1 et entre le pavillon 1 et l'aubage de mélange intérieur 9 comme indiqué par la flèche P; I'air s'écoule également à travers l'aubage de mélange intérieur 9 comme indiqué par la flèche Q et à travers les ouvertures 7a du conduit intérieur 7 et 1'aubage de mélange extérieur 8 comme indiqué par la fléche R. Ainsi, I'air admis dans le brûleur se mélange avec l'huile combustible pulvérisée par la surface de pulvérisation 18; le mélange air-combustible est alors allumé par une étincelle produite entre les électrodes 13 de manière que la flamme et les produits de combustion sont évacués par une ouverture 6d de l'organe terminal 6 vers une chambre de combustion (non représentée).
Dans les brûleurs classiques mettant en oeuvre des générateurs d'ondes ultrasoniques pour la pulvérisation des huiles combustibles, I'énergie cinétique des particules pulvérisées est généralement très faible de sorte que la répartition uniforme des particules pulvérisées ne peut être obtenue. Ce phénomène est expliqué plus en détail ci-après, référence étant faite à la fig. 3. Les particules pulvérisées libérées de la surface de pulvérisation 18 du pavillon commencent à tomber comme indiqué en B sur la fig. 3, et le combustible pulvérisé composé de particules de dimensions relativement importantes tend à se répandre en s'écartant du prolongement de l'axe du pavillon 1. Dans certains cas, les particules de grandes dimensions de combustible pulvérisé se répandent hors de la zone de combustion comme indiqué en C.
Ainsi, les particules de combustible pulvérisées et libérées du pavillon I ne seront pas uniformément réparties autour du prolongement de l'axe du pavillon 1, de sorte que la zone de mélange combustible désirée ne peut se former. Il en résulte une réduction notable du rendement de la combustion. De plus, les particules de combustible pulvérisé sont animées de vitesses relativement faibles, de sorte qu'elles sont aisément influencées par le flux d'air. Il en résulte que la combustion a tendance à pulser et que les flammes ont tendance à sauter, ce qui donne lieu à un bruit accru qui est gênant pour l'environnement.
Toutefois, dans le présent brûleur, les particules de combustible pulvérisé peuvent être réparties de manière à permettre d'obtenir un rendement plus élevé de la combustion. Les particules pulvérisées libérées par la surface de pulvérisation 18 du pavillon 1 sont entraînées par le flux d'air redressé qui traverse l'espace 28 entre le pavillon 1 et l'aubage de mélange intérieur 9.
Ensuite, les particules de combustible sont amenées à tourbillonner par le flux d'air tourbillonnant sortant de l'aubage de mélange intérieur 9 et mélangées à ce flux. Il est ainsi possible d'obtenir un mélange air-combustible optimal de manière que le rendement de la combustion en soit fortement accru et à éviter les pulsations de combustion et les sauts de flamme. Il en résulte également une réduction du bruit de combustion au minimum.
De plus, en vue d'éviter que les particules de combustible de dimensions plus importantes ne s'échappent de la zone du mélange combustible et ne soient perdues, on prévoit l'aubage de mélange extérieur 8, disposé coaxialement et extérieurement à l'aubage de mélange intérieur 9, de manière que le mélange combustible formé essentiellement par le flux d'air redressé s'écoulant à travers l'espace 28 et le flux d'air tourbillonnaire traversant l'aubage intérieur 9 peut être entouré par le flux d'air tourbillonnaire en provenance de l'aubage de mélange extérieur 8. C'est pourquoi les particules de combustible qui se sont écartées du vortex du mélange air-combustible peuvent être réintroduites dans la zone de mélange aircombustible.
En particulier le flux d'air tourbillonnaire sortant de l'aubage mélangeur extérieur 8 s'écoule le long de la surface intérieure de l'organe terminal 6 et est amené à converger vers l'axe du brûleur par la partie en forme de bride 6c s'étendant radialement de manière que les particules de combustible qui se sont répandues hors de la zone de mélange combustible peuvent être ramenées dans la zone de mélange et y être concentrées. La partie divergente 6a de la paroi de l'organe terminal 6 permet d'ajuster la vitesse du flux d'air tourbillonnaire s'échappant de l'aubage de mélange extérieur 9 de manière que le vortex du mélange combustible ne soit pas inutilement expansée par le flux d'air tourbillonnaire en provenance de l'aubage de mélange extérieur 8 et que le bruit émis par le flux d'air tourbillonnaire s'échappant de l'aubage de mélange extérieur puisse être réduit au minimum.
En général, les brûleurs équipés de générateurs d'ondes ultrasoniques pour la pulvérisation des huiles combustibles ne conviennent pas à tous les combustibles liquides et la pulvérisation de combustibles liquides dépend des propriétés des combustibles liquides utilisés et du matériau constituant la surface de pulvérisation 18 du pavillon 1. En particulier, la pulvérisation est surtout influencée par les tensions superficielles des huiles combustibles et par les propriétés du matériau constituant la surface de pulvérisation 18. Par exemple, la tension superficielle du kéroséne, dont la tension superficielle inhérente est de 26 dynes/centimètre, fut variée par l'adjonction d'un mélange se composant d'eau et d'alcool isopropylique; le temps de pulvérisation du kéroséne pour différentes tensions superficielles fut alors mesuré.
Lors des essais, on veilla à ce que le kérosène ne puisse couler pendant qu'avait lieu sa pulvérisation. Les résultats d'essais sont illustrés sur la fig. 6. De plus, les essais révélèrent que, lorsque la surface de pulvérisation 18 est en aluminium, la pulvérisation est considérablement accrue par rapport à ce qu'elle est lorsque la surface de pulvérisation est constituée par d'autres matériaux. La courbe a représente la durée de pulvérisation lors de l'emploi d'une surface de pulvérisation 18 en aluminium; la courbe b correspond à une surface de pulvérisation en acier doux revêtue d'aluminium et la courbe c à une surface de pulvérisation en acier doux. De la fig. 6 il ressort que la surface de pulvérisation en aluminium donne lieu à une pulvérisation considérablement améliorée, cette pulvérisation étant presque indépendante de la tension superficielle des combustibles utilisés.
Dans le cas de la surface de pulvérisation en acier doux, la durée de pulvérisation est prolongée et dépend considérablement de la tension superficielle des combustibles liquides.
La fig. 7 indique le rapport entre la puissance électrique consommée (en abscisse) et la vitesse de pulvérisation, c'est-à-dire le volume de combustible pulvérisé par minute (en ordonnée). Il appert que, dans le cas de la mise en oeuvre d'une surface de pulvérisation en aluminium ou revêtue d'aluminium, le volume de combustible pulvérisé par unité de puissance électrique consommée est considérablement accru. Cela signifie que la chaleur dégagée par les vibrations du générateur d'ultra-sons est moindre, de sorte que la durée de vie du brûleur peut être accrue et le bruit émis peut être diminué. En résumé, il importe que la surface de pulvérisation 18 doit être en un matériau ou revêtue d'un matériau dont les propriétés sont susceptibles de faciliter la pulvérisation des combustibles liquides.
La fig. 8 représente une première variante du mode de montage du pavillon 1. Les supports 10 sont fourchus et les bras 22 du pavillon 1 sont maintenus entre les branches des supports 10 par des silentblocs 19a. Etant donné que les branches fourchues des supports 10 peuvent être serrées l'une vers l'autre à l'aide de vis de réglage 23, les bras 22 du pavillon 1 peuvent être fermement maintenus.
La fig. 9 représente une deuxième variante du mode de montage du pavillon 1. Le long d'un cercle sur le pavillon 1 correspondant au plan nodal sont agencés de manière équiangulaire plu sieurs trous borgnes 23, et les extrémités pointues de supports 24, 25 et 26 sont ajustées dans ces trous de manière à fermement maintenir le pavillon 1 en position. En vue de faciliter le montage et la dépose du pavillon 1, l'un des supports peut être constitué par une vis 24 vissée dans un organe taraudé 27 fixé au conduit extérieur 5 ou faisant partie intégrante avec lui de manière que lorsque la vis 24 est serrée ou desserrée, la vis se rapproche ou s'écarte du pavillon 1 de manière que l'extrémité pointue de la vis 24 puisse être engagée dans le trou 23 ou en être dégagée.
La deuxième variante décrite ci-dessus offre l'avantage que, le pavillon étant supporté et maintenu en position dans le plan nodal par des supports ou des organes similaires, les vibrations ne sont presque pas transmises au conduit extérieur 5, même lorsque le dispositif ne comporte pas de silentblocs.