FR3061265A3 - Tete de combustion a faible emission d'oxydes d'azote dotee de moyens deflecteurs d'air - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un brûleur ou une tête de combustion (T) pour un brûleur à combustible liquide fonctionnant avec de l'air primaire (Ap) et de l'air secondaire central (As1) et périphérique (As2), destinés à améliorer la qualité de la combustion et réduire les NOx. Le bec (1) peut présenter un bec supérieur aval (2), et contient une préchambre (4) recevant l'air de combustion (A) provenant d'un ventilateur (9) ; un gicleur (3) ayant un orifice (302) d'où part un jet conique de nébulisation du combustible (C) ; un disque accroche-flamme (7) dans lequel l'air primaire (Ap) est mélangé audit combustible liquide (C) en amont de la flamme (F) pendant que ledit air secondaire (As1) rencontre ladite flamme (F) après passage par des fentes de turbulateur (705) ; des déflecteurs d'air (103) inclinés par rapport à l'axe du brûleur, pour diriger ledit air secondaire périphérique (As2) vers ladite flamme (F).

Description

TETE DE COMBUSTION A FAIBLE EMISSION D’OXYDES D’AZOTE DOTEE DE MOYENS DEFLECTEURS D’AIR

La présente invention concerne une tête de combustion destinée à un brûleur à combustible liquide et permettant de réduire les émissions d’oxydes d’azote (NOx) d’une façon plus économique que les têtes de combustion connues.

Dans le domaine des brûleurs, on sait que les NOx font partie des principaux polluants produits par les processus de combustion, et qu’ils sont dus en partie à la présence de composés azotés dans le combustible (ce sont les « NOx chimiques ») et en partie à l’air atmosphérique présent dans l’air (ce sont les « NOx thermiques »).

La formation de NOx est favorisée par des températures de combustion élevées, et par la durée de séjour à ces températures. Même un mélange insuffisant de combustible et d’air de combustion peut favoriser la formation de NOx, car il augmente les chances que l’oxygène rencontre de l’azote et forme des NOx avant de s’associer au carbone ou à l’hydrogène du combustible.

Un manque d’air, même local, dû à un mélange inapproprié peut provoquer la formation d’imbrûlés et de monoxyde de carbone CO.

Conformément à la règlementation européenne EN 267/2009, les types de brûleurs sont regroupés sous les classes d’efficacité suivantes, selon la quantité d’oxydes d’azote NOx et de monoxyde de carbone CO émis par kWh d’énergie thermique générée : - la classe 1 pour les brûleurs d’ancienne génération dont la combustion génère des NOx dans des quantités supérieures à 180 mg/kWh ; - la classe 2 pour les brûleurs NOx dont les quantités se situent entre 120 et 180 mg/kWh ; - la classe 3 pour les brûleurs les plus évolués, capables de générer des NOx dans des quantités inférieures à 120 mg/kWh.

La limitation des NOx peut s’obtenir par voie chimique, en employant des combustibles exempts de composés azotés (qui sont naturellement plus chers), ce qui permet de réduire les NOx chimiques ; quant aux NOx thermiques dus à l’azote présent dans l’air de combustion, on ne peut les réduire qu’en traitant la qualité de la combustion, ce qui permet ensuite d’empêcher également la formation de NOx chimiques.

En fin de compte, les brûleurs de qualité inférieure doivent nécessairement utiliser des combustibles purifiés, alors que l’objectif est d’utiliser des combustibles non purifiés, moins chers, juste pour augmenter la qualité de la combustion.

Pour obtenir cette qualité, il faut faire attention à la fois au dosage du fluide de combustion et à sa dynamique de fluide. En particulier, il est important de s’assurer : - de la nébulisation du combustible afin que celle-ci fournisse une surface de contact maximale avec l’air de combustion A ; - des proportions entre le combustible C et l’air de combustion A ; - de la répartition de l’air de combustion A le long de la flamme.

Cet air de combustion A se divise en un air primaire Ap et un éventuel air secondaire As ; par air primaire Ap, on entend la partie de l’air de combustion A mélangée au combustible en amont du point où la combustion commence à produire une flamme F, et par air secondaire As, l’éventuelle quantité d’air restante nécessaire à la combustion et fournie le long de la flamme F.

Certaines définitions sont fournies ci-dessous : - mélange «riche»: un mélange riche en combustible C et où l’air de combustion A ne suffit pas à assurer une combustion complète ; - mélange « pauvre » : un mélange pauvre en combustible C et où l’air de combustion A est en quantité excessive pour une combustion complète ; - mélange « stoechiométrique » : un mélange où le combustible C et l’air de combustion A figurent dans des proportions exactes pour une combustion complète et sont exempts d’oxygène résiduel.

Dans la pratique, étant donné qu’une combustion totale ne s’obtient qu’avec un mélange au moins légèrement pauvre, le terme "« stœchiométrique » peut signifier un mélange pauvre avec juste l’excès d’air nécessaire pour terminer la combustion. A un mélange stœchiométrique correspondent une émission minime de fumées de combustion FC et par conséquent une dispersion minime de chaleur et de polluants.

Lorsque la combustion utilise à la fois un Ap primaire et un As secondaire, le mélange obtenu avec l’air primaire Ap en amont de l’origine de la flamme F est un mélange riche ; la quantité totale d’air fournie en ajoutant l’air secondaire As le long de la flamme F forme un mélange pauvre, ce dernier se rapprochant d’un mélange stœchiométrique ; plus la nébulisation du combustible C est fine, plus l’air de combustion A se divisera de façon précise entre un Ap primaire et un As secondaire et plus l’air secondaire As sera conduit avec soin le long des flancs de de la flamme.

Ces aspects sont connus très largement, et à des niveaux de détail approfondi, des experts de l’industrie. Toutefois, on sait également très bien combien il est difficile, avec des solutions d’un coût raisonnable, de fournir de l’air primaire Ap et secondaire As dans les quantités et les proportions souhaitées tout en faisant varier la puissance thermique. Π est utile ici de recenser les composants essentiels de la tête de combustion T d’un brûleur type qui apparaissent sur les figures annexées à la présente description.

La tête de combustion T comprend un carter généralement appelé bec 1, relié par une bride 8 à l’unité de ventilation 9. A l’intérieur de la tête de combustion T logent les éléments suivants : - une préchambre 4 dans laquelle l’air de combustion A est introduit par l’unité de ventilation 9, avant d’être envoyé et réparti entre les différents composants aval ; - un gicleur 3 monté sur un porte-gicleur 301 ; dans le gicleur 3, le combustible passe par des canaux hélicoïdaux (non représentés sur les figures) qui impriment au combustible liquide C un mouvement de rotation-translation avec une vitesse angulaire ω (que ce soit dans le sens horaire ou antihoraire) et tourbillonne afin de sortir de l’orifice de sortie 302 du gicleur 3 nébulisé et sous forme de jet ouvert conique ; - des électrodes d’allumage par étincelle 5, situées à proximité de l’orifice 302, déclenchent l’étincelle électrique pour lancer la combustion du mélange air-combustible ; - un élément appelé disque accroche-flamme 7, connu également sous le nom de turbulateur ou de disque stabilisateur, placé directement en aval de l’orifice 302 ; le disque accroche-flamme 7 comporte un trou central 704 pour le passage du combustible et de l’air primaire Ap et possède des fentes de turbulateur 705 ayant un développement radial et une tendance généralement hélicoïdale de la surface et qui, lorsqu’elles sont traversées par une première partie de l’air secondaire As, ici ledit air central secondaire Asl, produisent un mouvement tourbillonnaire coaxial à l’axe du bec 1 avec une même direction de la vitesse angulaire ω transmise au combustible C favorisant la nébulisation et le mélange avec l’air de combustion A ; - non représenté sur les figures, un détecteur de flamme est pourvu de capteurs sensibles à la lumière émise par la combustion.

La préchambre 4 a un diamètre extérieur D qui est caractéristique de la puissance thermique nominale des têtes de combustion T du type décrit dans le présent document et dont la grandeur peut être prise comme référence pour toutes les autres valeurs qui seront citées ci-après.

En règle générale, le disque accroche-flamme 7 n’est pas un disque à proprement parler, mais il présente une première partie en forme de cône 702 qui part en s’écartant dans la direction de progression du fluide, et qui est suivie d’une seconde partie cylindrique 703 pourvue d’un bord de sortie 706. Le disque accroche-flamme 7 peut être glissé axialement vers l’avant jusqu’à ce que le bord de sortie 706 rejoigne le butoir 101 du bec 1, poinçonné sous la forme d’un rebord replié à l’intérieur du bec 1. En réglant la distance entre le bord de la sortie 706 et le butoir 101, il est possible de réguler l’afflux d’une partie restante de l’air secondaire As, ici ledit air secondaire périphérique As2. Le bord de sortie 706 peut être pourvu de crans (non représentés sur les figures) de sorte que, même lorsqu’il est amené jusqu’au butoir 101, une partie de l’air secondaire périphérique As2 est toujours envoyée vers la flamme. Le disque accroche-flamme 7 est commandé par des déflecteurs d’air 103 dont la principale fonction est d’amener l’air secondaire périphérique As2 parallèlement à l’axe de la tête de combustion T vers le bord de sortie 706.

La création d’un mouvement tourbillonnaire dans l’air de combustion A nécessite un ventilateur conçu pour générer une pression de refoulement suffisante. Pour un même rendement thermique de la tête de combustion T, la pression de refoulement et donc le coût initial du ventilateur et sa consommation sont susceptibles de varier considérablement en fonction de l’architecture de ladite tête de combustion T.

Avantageusement, la combustion est souvent distribuée ou prolongée en aval du bec 1 dans un bec supérieur facultatif 2, fixé sur le bec 1 par des appendices 201 constitués d’ailettes obtenues en découpant l’extrémité du tube à partir duquel le bec supérieur 2 est obtenu. Entre le bec 1 et le bec supérieur 2 se trouve une fente circonférentielle 202 à travers laquelle s’opère la recirculation des fumées de combustion FC pour l’effet Venturi. Le bec supérieur 2, en chauffant, agit comme un post-brûleur pour le combustible de combustion résiduel ; cette combustion commence peu avant la sortie du bec 1 tandis que la recirculation des fumées de combustion FC, qui sont plus froides que la flamme, réduit la température de combustion, limitant ainsi la formation de NOx.

Bien que le bec supérieur 2 chauffé au rouge soutienne la combustion, cette dernière n’est pas complète, très probablement parce que les moyens envisagés ne sont pas suffisants pour assurer une bonne répartition de l’air de combustion A. Malgré cela, la réduction de la température de combustion réduit tout de même les NOx permettant ainsi d’atteindre la classe d’efficacité 3, mais en atteignant tout juste la limite, sans marge de confiance et uniquement grâce à l’utilisation desdits combustibles purifiés.

Un des inconvénients des brûleurs du type décrit est que l’air provenant du ventilateur est soumis à des mouvements de turbulence dans des directions désordonnées qui peuvent s’opposer à la vitesse angulaire ω à transmettre.

Un autre inconvénient de ces brûleurs est que l’air secondaire périphérique As2 ne se mélange pas de façon satisfaisante avec la flamme et qu’il réduit également en partie le mouvement tourbillonnaire imprimé par les fentes de turbulateur 705.

Un autre inconvénient est qu’entre le bord de sortie 706 et le butoir 101, des dépôts de carbone imbrûlé s’accumulent, du fait que l’air secondaire As ne parvient pas à les éliminer.

Un autre inconvénient est que lesdits appendices 201, constitués d’une sorte de festonnage, sont un obstacle à la recirculation des fumées de combustion FC.

Un autre inconvénient est que le bec supérieur 2, pour être efficace, a une longueur L2.a importante, alors qu’il serait avantageux de le réduire pour des raisons de coût et d’espace.

Un autre inconvénient est qu’à l’extrémité de sortie du bec supérieur 2, où la température est plus froide, des dépôts de carbone se forment.

Un autre inconvénient est qu’à l’allumage, le ventilateur envoie un coup de pression qui perturbe l’allumage, rendant la flamme instable voire éteignant parfois celle-ci. L’art connu recense de nombreux moyens et procédés pour pallier au moins une partie de ces inconvénients, mais tous sont relativement coûteux et donc difficiles à mettre en œuvre, en particulier pour les brûleurs de petite taille destinés à des usages résidentiels ou domestiques, c’est-à-dire d’une puissance maximale d’environ 70 kW. L’objectif général de la présente invention est d’éliminer au moins en partie les inconvénients évoqués ci-dessus grâce à une série de solutions de conception nouvelles qui sont économiques, compatibles entre elles mais également utilisables séparément, chacune permettant de réduire les émissions de NOx et/ou d’améliorer l’exhaustivité de la combustion et/ou de favoriser la stabilité de la flamme dans les phases critiques de l’allumage et/ou de réduire les dimensions et/ou de réduire les dépôts de carbone dans des zones bien précises.

La présente invention propose une tête de combustion pour un brûleur à combustible liquide pour la combustion duquel de l’air est fourni au moyen d’un ventilateur, ledit air de combustion se divisant ensuite en un air primaire et un air secondaire, ledit air secondaire, se divisant à son tour en un air central secondaire et un air secondaire périphérique, comprenant un bec dans lequel logent : - une préchambre de diamètre D, dans laquelle l’air de combustion pénètre depuis une unité formant ventilateur, - ladite dimension D variant de manière connue en fonction de la puissance calorifique nominale P du brûleur à combustible liquide; - un gicleur monté sur un porte-gicleur et depuis l’orifice duquel ledit combustible sort nébulisé sous forme de cône ouvert vers l’extérieur et imprimé d’un mouvement tourbillonnaire de vitesse angulaire ω ; - des électrodes d’allumage; - un disque accroche-flamme dans lequel : - la partie d’air primaire dudit air de combustion est mélangée audit combustible liquide en amont de la flamme, - ledit air secondaire central rencontre ladite flamme après être passé à travers les fentes de turbulateur produisant sur ladite flamme un mouvement tourbillonnaire coaxial à l’axe dudit bec et avec la même direction de ladite vitesse angulaire ω, - des déflecteurs d’air conduisant ledit air secondaire périphérique vers ladite flamme, et comprenant en outre un bec supérieur : lesdits déflecteurs d’air se trouvant sur un plan incliné par rapport à l’axe du brûleur dans la direction nécessaire pour produire dans ledit air secondaire périphérique un mouvement tourbillonnaire coaxial à l’axe dudit bec et avec la même direction de ladite vitesse angulaire co.

Selon des modes de réalisation préférés, la tête de combustion selon l’invention présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l’angle du plan desdits déflecteurs d’air par rapport à l’axe du brûleur est compris entre 15° et 30° ; - l’angle du plan desdits déflecteurs d’air par rapport à l’axe du brûleur est égal à 23° ; - lorsque ledit bec est obtenu par coulée sous pression, lesdits déflecteurs d’air sont ensuite formés avec le bec au cours du même procédé de coulée sous pression.

Les caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation préférés illustrés au travers d’exemples non limitatifs sur les dessins annexés, sur lesquels : - l’illustration 1 représente, en perspective et en coupe longitudinale, une tête de combustion selon l’invention où les éléments d’intérêt pour l’invention sont désignés par des repères numériques ; - l’illustration 2 est identique à l’illustration 1, mais au lieu d’indiquer lesdits repères numériques, elle met en exergue les grandeurs linéaires d’intérêt pour l’invention ; - l’illustration 3 représente, avec et sans gicleur de combustible, une tête de combustion identique à celle des illustrations précédentes, représentée par des coupes longitudinales et certaines coupes transversales ; les grandeurs linéaires d’intérêt pour l’invention sont cotées dans des rapports préférés par rapport à une valeur de base ; - l’illustration 4 représente en coupe transversale une tête de combustion identique à celle des figures précédentes avec une indication des flux de l’air de combustion et des fumées de combustion ; - l’illustration 5 représente, en coupe transversale, le détail E de l’illustration 3 dans le double de sa taille.

Les caractéristiques de l’invention vont à présent être décrites plus particulièrement dans le cadre des modes de réalisation illustrés sur les figures. On notera qu’un quelconque terme absolu dans l’espace (tel que « inférieur », « supérieur », « intérieur », « extérieur » et similaire) éventuellement employé se rapporte à la position dans laquelle les éléments susmentionnés sont illustrés sur les figures annexées, sans intention limitative quant aux éventuelles conditions de fonctionnement, alors que tous les termes relatifs dans l’espace (tels que « amont », « aval », « entrée », « sortie ») sont donnés en référence au flux des fluides dans des conditions de fonctionnement.

Toutes les tailles susmentionnées sont identifiées par des symboles alphanumériques et cotées en annexe par rapport à une valeur de base elle-même caractéristique de la puissance nominale Pnom de la tête de combustion.

Il est bien connu, dans la dynamique des fluides, que les relations entre les dimensions des conduits dans lesquels s’écoulent les fluides sont d’une importance critique pour le bon fonctionnement des dispositifs. Certains détails de construction ont eux-mêmes un effet qui souvent n’est pas compris et dont on ne tient pas compte. Les brûleurs de combustible n’échappent pas à cette règle. Les dessins annexés, fournis à titre d’exemple, représentent une tête de combustion T préférée possible, à l’échelle et suivant des proportions possibles mais non obligatoires.

Les modèles novateurs décrits dans le présent document ont souvent une action de synergie, tout en conservant leur efficacité même s’ils sont utilisés indépendamment les uns des autres ; pour permettre de comprendre à la fois leur action en synergie et en autonomie, il est donc approprié de tous les décrire.

Selon de nombreuses têtes de combustion T de l’art antérieur, le bec 1 selon l’invention est d’un type conique, qui se termine à la sortie avec un diamètre extérieur Die.

Selon un premier aspect de l’invention, à l’entrée de la tête de combustion T, c’est-à-dire à l’entrée de la préchambre 4, il est possible de placer un disque diffuseur 401 pourvu d’une série de trous traversants 402 pour l’air de combustion A fourni par le ventilateur. Le disque diffuseur 401 a pour fonction d’amortir les tourbillons à l’entrée de la tête de combustion T de sorte que ceux-ci, directement en aval, puissent prendre plus facilement la direction souhaitée et transmise par la forme du bec 1 et du disque accroche-flamme 7.

Le disque diffuseur 401 a un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre D de la préchambre 4.

Selon un second aspect de l’invention, dans la préchambre 4, en aval de l’entrée de la tête de combustion T et de préférence en amont de l’ouverture des déflecteurs d’air 103, un ou plusieurs petits trous d’aération 102 peuvent être prévus à l’extérieur de la tête de combustion T, ayant une section de passage totale Slt. Ces trous d’aération 102 ont pour fonction d’amortir la variation soudaine de pression engendrée au démarrage du ventilateur ou lors d’une éventuelle variation soudaine de vitesse, et qui est responsable d’instabilité, de décollement de flamme et de difficultés d’allumage. De préférence, ladite section de passage totale Slt est répartie sur au moins NI trous d’aération 102 et de préférence encore, ces derniers présentent une symétrie radiale.

Selon un troisième aspect de l’invention, les déflecteurs d’air 103 peuvent suivre un plan incliné par rapport à l’axe du brûleur afin de contribuer au mouvement de tourbillon de la flamme à une vitesse angulaire co, en transmettant un mouvement rotatif à l’air de combustion A ; cet agencement est particulièrement efficace sur l’air secondaire périphérique As2 qui, au contraire, selon l’art connu, pénètre dans la flamme dans une direction exclusivement radiale et centripète. L’angle d’inclinaison a dudit plan est suffisant (et bien sûr dans la direction nécessaire) pour favoriser la rotation de l’air secondaire périphérique As2 à ladite vitesse angulaire co. Cet angle est fonction de la géométrie du bec 1 et d’autres éléments qui guident l’air de combustion A mais se situe de préférence entre 15° et 30° par rapport à l’axe du brûleur. De préférence encore, il est sensiblement égal à 23°.

Un quatrième aspect de l’invention concerne la surface d’appui entre le bord de sortie 706 du disque accroche-flamme 7 et le butoir 101 du bec 1 de diamètre intérieur Dli. Comme cela a déjà été indiqué, on poinçonne actuellement le butoir 101 du bec 1 pour qu’il forme un rebord replié à l’intérieur du bec 1, sans réaliser que l’exécution soignée d’une surface plate, qu’il est impossible d’obtenir par poinçonnage de tôle, est de première importance : - pour un dosage correct et une répartition circonférentielle uniforme de l’air secondaire périphérique As2 ; - pour la bonne transmission par celui-ci du mouvement centripète qui va également activer la recirculation des fumées de combustion FC et leur convergence vers la flamme ; - ainsi que pour un nettoyage efficace du butoir 101 pour enlever les des dépôts de carbone.

Il s’avère également que pour un ou plusieurs desdits champs d’application, il est important que le bord 104 entre la partie convergente et le butoir 101 du bec 1 soit coupant, résultat qu’il est impossible d’obtenir par poinçonnage d’une tôle métallique.

Ainsi, selon le quatrième aspect de l’invention, il est préféré que le butoir 101 du bec soit réalisé au moyen d’une bride circulaire 101 de diamètre intérieur Dli, obtenue séparément par cisaillement ou de préférence par tournage et liée ensuite à l’extrémité du bec 1, de préférence par soudage. La longueur du diamètre interne Dli est également importante pour obtenir l’angle de convergence souhaité de l’air secondaire As2 vers la flamme.

Le fait que le butoir 101 du bec 1 soit obtenu grâce à une bride circulaire 101 permet une amélioration supplémentaire, très difficile à réaliser si ladite surface 101 était obtenue par poinçonnage, en particulier sous la forme d’un simple rebord replié.

Comme on le voit sur la figure 5, sur la partie extérieure de ladite bride circulaire est réalisée une fraisure d’un angle de 5° et de 15° et de préférence d’environ 10°. Π existe des preuves expérimentales solides montrant que cette fraisure contribue très largement à la qualité de la combustion ; probablement car elle favorise le mélange avec la partie des fumées de combustion qui est remise en circulation par effet Venturi. Cette fraisure peut s’obtenir également par frappe et/ou aplatissement du butoir 101 au moment où celui-ci est réalisé par poinçonnage ou découpage ; toutefois, cette méthode exerce une forte contrainte sur les outils, et il est donc beaucoup plus adapté de réaliser la fraisure par un procédé de tournage.

On notera que l’air secondaire As2 est éliminé, du moins en principe, lorsque le bord de sortie 706 et le butoir 101 sont en contact, étant donné qu’il est préféré, selon l’invention, que le bord de sortie 706 soit exempt des crans prévus dans l’art connu.

En ce qui concerne le disque accroche-flamme 7, rien n’empêche que dans sa seconde partie cylindrique 703, dans l’axe des fentes de turbulateur 705 prévues sur la première partie 702 de forme conique, soient ménagés des trous anti dépôts de carbone tels que ceux déjà connus du document IT 102015000017565 et placés uniformément et dimensionnés pour la même fonction. D’autres aspects de l’invention concernent l’éventuel bec supérieur 2.

Selon un cinquième aspect de l’invention, le bec supérieur 2 présente au niveau de son bord d’entrée 203 un anneau d’entrée 204 dont le diamètre interne D2i est inférieur au diamètre D2 du bec supérieur 2 proprement dit. Ce rétrécissement contribue à faire converger les fumées de combustion FC mises en recirculation vers l’axe de la flamme.

De préférence, dans tous les cas, la mesure D2i de ce diamètre interne est supérieure au diamètre interne Dli du bord de sortie 706 du disque accroche-flamme 7. De préférence encore, ladite mesure D2i est supérieure au diamètre externe Die du bec 1 à sa sortie.

Selon une sixième solution innovante, il s’est avéré très avantageux de prévoir des trous de recirculation 206 d’une quantité N2 et d’un diamètre D2r placés juste avant le bord de sortie 205.

Desdits trous part un tourbillon local de fumées de combustion FC, avec un double avantage : - le premier est que les dépôts d’imbrûlés sont plus facilement éliminés du bord de sortie 205, ce qui bloque ainsi la formation de dépôts de carbone. Les dépôts de carbone dans les becs supérieurs s’accumulent surtout au niveau du bord de sortie, où la flamme est plus froide et refroidit encore au début du fait que le bec supérieur 2 n’a pas encore atteint une température suffisante ; - le second est que ce tourbillon local permet de ramener le bec supérieur de sa longueur habituelle L2.a à une longueur plus courte L2.b tout en produisant les mêmes résultats que ceux obtenus par l’art connu avec la longueur habituelle L2.a en termes, par exemple, de stabilité de la flamme, d’exhaustivité de la combustion et de réduction des NOx.

Selon une septième innovation possible, il est préféré que lesdits appendices 201 qui servent à fixer le bec supérieur 2 sur le bec 1 soient des lames à orientation radiale 201, c’est-à-dire situées dans des plans passant par l’axe du bec 1 de manière à opposer le moins de résistance possible aux fumées de combustion FC en recirculation par la fente circonférentielle 202, et dont la largeur est déterminée par la distance L2d entre le butoir 101 du bec 1 et le bord d’entrée 203 du bec supérieur 2, elle-même déterminée par la longueur desdits appendices 201.

Enfin, selon l’art connu, le bec supérieur 2 a une épaisseur considérable, de 2 millimètres ou plus, destinée à lui conférer une capacité thermique suffisante pour stabiliser la température de combustion ; mais selon l’invention, pour que le bec supérieur 2 contribue le mieux possible à la stabilité de la combustion dès le départ de l’allumage, il faut que l’épaisseur s2 soit au plus égale à la moitié de ce qui se pratique à l’heure actuelle, afin que masse thermique soit moins importante et qu’il soit donc amené plus rapidement à des températures élevées. Cela permet aussi de diminuer le risque de dépôts imbrûlés dans les phases qui suivent l’allumage.

En ce qui concerne les dimensions préférées des éléments susmentionnés, le diamètre externe D du disque diffuseur 401 correspond pratiquement au diamètre de la bride qui relie la tête de combustion T à l’unité formant ventilateur et peut être considéré comme une valeur de référence dimensionnelle pour la plupart des dimensions géométriques énumérées ci-dessus. En fait, la section d’entrée du disque diffuseur, proportionnelle à D2, varie généralement de façon linéaire en fonction de la puissance nominale du brûleur et presque toutes les autres grandeurs linéaires doivent varier proportionnellement à D.

Comme exemple indicatif et non limitatif, D peut être de l’ordre de 100 mm pour une puissance nominale Pnom du brûleur entre 50 et 60 kW alors qu’il est de l’ordre de 125 mm pour une Pnom de l’ordre de 100 kW. A la base, et seulement à titre indicatif : D2 = k. Pnom [mm] où k est environ 150 mm2/kW.

Pour ce qui est des autres dimensions, ci-après sont présentées, sans intention limitative et à titre d’exemple, des plages de valeurs exprimées principalement par rapport à D : - diamètre de sortie Die du bec 1 : - de préférence entre 0,48 x D et 0,85 x D ; - de préférence encore 0,64 x D. - Diamètre interne Dli du butoir 101 < Die - et de préférence entre 0,42 x D et 0,77 x D ; - de préférence encore entre 0,56 x D et 0,58 x D. - section de passage totale Slt des trous d’aération 102 - de préférence entre 0,0004 x D2 et 0,007 x D2 ; - de préférence encore égale à 0,0005 x D2. - nombre NI de trous d’aération 102 - de préférence NI = 6 et de préférence réparti par symétrie radiale. - distance L2d entre le bec supérieur 2 et le bec 1 - de préférence entre 0,05 x D et 0,08 x D ; - de préférence encore égale à 0,06 x D. - D2 diamètre du bec supérieur 2 - de préférence entre 0,7 x D et 1,2 x D ; - de préférence encore égal à 0,9 x D. - diamètre intérieur D2i de l’entrée 203 du bec supérieur 2 - de préférence entre 0,4 x D et 0,95 x D ; - de préférence encore entre 0,56 x D et 0,73 x D. - diamètre D2r des trous de recirculation 206 - de préférence entre 0,05 x D et 0,09 x D ; - de préférence encore 0,07 x D. - trous de recirculation 206 - répartis selon une symétrie radiale ; - de préférence en un nombre N2 tel qu’ils soient espacés d’environ deux fois le diamètre D2r ; - de préférence encore en un nombre N2 = 18 ; - de préférence d’un diamètre de 0,07 x D. - longueur L2b du bec supérieur 2 (au moins lorsque des trous de recirculation 206 sont prévus) - de préférence entre 0,35 x D et 0,6 x D ; - de préférence encore égale à 0,46 x D. - longueur L2d de la distance entre le butoir 101 du bec 1 et le bord d’entrée 203 du bec supérieur 2) - de préférence entre 0,05 x D et 0,07 x D ; - de préférence encore de 0,06 x D. - épaisseur s2 du bec supérieur 2 - inférieure à 2 mm ; - de préférence d’environ 1 mm.

Avantageusement, le bec 1 s’obtient par coulée sous pression d’un alliage métallique approprié. Plus avantageusement encore, et contrairement à ce qui est montré sur les figures d’accompagnement, les déflecteurs d’air 103 sont ensuite formés avec le bec 1 au cours du même procédé de coulée sous pression.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d’autres modes et d’autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS

   1. Tête de combustion (T) pour un brûleur à combustible liquide (C) pour la combustion duquel de l’air (A) est fourni au moyen d’un ventilateur, ledit air de combustion (A) se divisant ensuite en un air primaire (Ap) et un air secondaire (As), ledit air secondaire (As), se divisant à son tour en un air central secondaire (Asl) et un air secondaire périphérique (As2), comprenant un bec (1) dans lequel logent : - une préchambre (4) de diamètre D, dans laquelle l’air de combustion (A) pénètre depuis une unité formant ventilateur (9) - ladite dimension D variant de manière connue en fonction de la puissance calorifique nominale P du brûleur à combustible liquide (C) ; - un gicleur (3) monté sur un porte-gicleur (301) et depuis l’orifice (302) duquel ledit combustible (C) sort nébulisé sous forme de cône ouvert vers l’extérieur et imprimé d’un mouvement tourbillonnaire de vitesse angulaire ω ; - des électrodes d’allumage (5) ; - un disque accroche-flamme (7) dans lequel : - la partie d’air primaire (Ap) dudit air de combustion (A) est mélangée audit combustible liquide (C) en amont de la flamme (F), - ledit air secondaire central (Asl) rencontre ladite flamme (F) après être passé à travers les fentes de turbulateur (705) produisant sur ladite flamme (F) un mouvement tourbillonnaire coaxial à l’axe dudit bec (1) et avec la même direction de ladite vitesse angulaire ω, - des déflecteurs d’air (103) conduisant ledit air secondaire périphérique (As2) vers ladite flamme (F) et comprenant en outre un bec supérieur (2) : caractérisée en ce que lesdits déflecteurs d’air (103) se trouvent sur un plan incliné par rapport à l’axe du brûleur dans la direction nécessaire pour produire dans ledit air secondaire périphérique (As2) un mouvement tourbillonnaire coaxial à l’axe dudit bec (1) et avec la même direction de ladite vitesse angulaire ω.
2. 2. Tête de combustion (T) selon la revendication précédente caractérisée en ce que l’angle du plan desdits déflecteurs d’air (103) par rapport à Taxe du brûleur est compris entre 15° et 30°.
3. 3. Tête de combustion (T) selon la revendication précédente caractérisée en ce que l’angle du plan desdits déflecteurs d’air (103) par rapport à Taxe du brûleur est égal à 23°.
4. 4. Tête de combustion (T) selon Tune quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que lorsque ledit bec (1) est obtenu par coulée sous pression, lesdits déflecteurs d’air (103) sont ensuite formés avec le bec (1) au cours du même procédé de coulée sous pression.