Brevet FR2034942A1 — publié le 19701218

-1- 2034942 L'invention concerne un dispositif brûleur produisant une flamme de haute énergie à partir d'oxygène ou d'air et d'un ^caz combustible, par exemple du propane, de l'hydrogène, de la vapeur de benzène, du gaz d'éclairage ou du méthane, mais de pré-5 férence de l'acétylène» Il semble utile de discuter en premier lieu des principes de fonctionnement des brûleurs oxyacétyléniquesbien connus. Sn général, on utilise soit des brûleurs à pression uniforme soit des brûleurs à infection. 10 Comme le dispositif selon l'invention fonctionne avec un gaz combustible dans le domaine des basses pressions, il convient d'exclure les brûleurs à pression uniforme quand on utilise de l'acétylène, car ce gaz doit être considéré comme soumis à une haute pression dès que la pression dépasse la valeur de 1,5 15 L'emploi d'équipements fonctionnant sous de hautes pressions d'acétylène gazeux est à juste titre exclu de la technique de 1'oxyacétylène car la triple liaison non saturée, qui a une chaleur de formation de 61 Kcal/Mol, donne à l'acétylène une forte tendance à exploser et à se désintégrer quand le gaz est compri-20 mé, pourvu qu'il y ait une source convenable d'allumage comme dans le domaine des basses pressions. Les brûleurs à injection qui opèrent -sur le principe de la pompe à injection, nécessitent évidemment de grands récipients de gaz mélangés pour les installations à oxyacétylène faisant une 25 grande consommation de gaz, par exemple les brûleurs à jet de flamme, et le mélange de gaz constitué par de l'acétylène et de l'oxygène, a toujours tendance à détoner. Quand ce mélange de gaz est enflammé, il se produit une explosion ou un retour de flamme à l'intérieur de l'appareillage. L'opinion souvent exprimée par 30 les experts que l'explosion est relativement inoffensive tandis que le retour de flamme est dangereux car il s'accompagne souvent de la mise à feu dans les canalisations, est erronée car l'explosion et le retour de flamme sont dues à la même cause première, à savoir l'explosion du mélange gazeux. Seul le sens du proces-55 sus de réaction est opposé dans les deux cas, mais la direction d'expansion est purement fortuite. L'invention est décrite dans la suite en se référant spécialement à un brûleur produisant une flamme de haute énergie BAD ORIGINAL & 70 09041 -2- 2034942 alimenté en oxygène et en acétylène, ces caractéristioues étant considérées comme les plus importantes. toutefois,- en général l'invention peut aussi être avanta-. geusement utilisée pour tous les gaz combustibles, par exemple 5 le propane, l'hydrogène, la vapeur de benzène, le gaz d'éclairage et le méthane. La conception du brûleur selon linvention est aussi décrite dans la suite en considérant la solution à un problème spécial, relatif au jet de flamme. Toutefois, l'invention ne se limite pa^ê cette application particulière, bien 1C qu'elle ait été développée en relation avec cet exemple particulier d'application. La fonction spéciale des brûleurs à jet de flamme pour béton consiste à chauffer les surfaces en béton pour les nettoyer des dépôts d'impuretés de toutes sortes, par exemple de 15 l'huile, des éraflures de bandages de pneu, du sel de dégel, et analogues, et à enlever les résidus carbones. Un tel procédé de nettoyage est toujours nécessaire si le béton doit être protégé au moyen de matériaux plastiques modernes. Il s'agit d'un procédé de plus en plus répandu. 20 Le procédé de nettoyage thermique dépend entièrement de l'existence d'un brûleur convenable. Un brûleur peut être considéré comme convenable s'il remplit les conditions minimales suivantes : a) Le brûleur doit être alimenté séparément en acétylène et en 25 oxygène gazeux. L'emploi d'un mélange de gaz est exclu, ex cepté dans le cas où les gaz sont mélangés dans un espace extrêmement réduit immédiatement avant d'être délivrés par la buse. La pression d'acétylène ne doit pas dépasser 1 atm. alors que la pression d'oxygène est quelconque. oO b) Les brûleurs du type injecteur sont écartés car ils fonctionnent toujours avec un mélange de gaz. c) Un fonctionnement absolument reproductible même si le dispositif est mal actionné. . . . d) Une économie au fonctionnement, c'est-à-dire le traitement 55 par unité de temps d'une surface plus grande que cela n'était possible jusqu'à maintenant, ce qui signifie une augmentation de 1'alimentationo Ces exigences ne peuvent être remplies que partiellement BAD ORIGINAL 70 09041 -3- 2034942 par les brûleurs de type usuel. Notamment, il nrest pas possible de garantir en toutes circonstances une reproductibilité absolue de fonctionnement, car les brûleurs utilisés sont toujours des variantes de la torche à souder à l'injecteur qui est bien con-5 nue. La tête de brûleur, qui est d'une taille considérable pour les brûleurs à jet de flamme, est alimentée par le tube injecteur en mélange acétylène-oxygène hautement explosif. En dépit de moyens de sécurité adaptés, par exemple une 10 buse de grande longueur, du maintien de la tête de brûleur aussi loin que possible de la flamme, de plaques de protection contre -l'encrassement et analogues, la manipulation du brûleur est loin d'être à toute épreuve. Un arrêt soudain du courant de gaz entraîne naturellement une chute de pression. Un bouchage subit 15 des buses fait tomber la vitesse de-décharge à zéro. Ces deux conditions provoquent la détonation du gaz dans la tête de brûleur. Car la vitesse d'inflammation est plus grande que la vitesse de sortie dans ces conditions. La détonation elle-même se manifeste comme une explosion ou un retour de flamme. 20 Pour donner une idée de la taille d'un brûleur convention nel, les données suivantes sont fournies. Le dispositif brûleur a une longueur de 250 mm et une section transversale d'environ 50 x 50 mm, il comprend 21 buses simples, chacune d'elle étant munie d'un trou de diamètre éga-l à 1 mm. La longueur d'une buse 25 simple est égale à 50 Le brûleur ordinaire a une longueur de 750 mm et il comprend trois parties principales. La consommation de ce brûleur est d'environ 8000 litres d'acétylène et 8500 litres d'oxygène à l'heure. Le rendement d'un brûleur d'une telle conception est aussi insuffisant à cause de la quantité limitée 30 d'énergie disponible pour attaquer la surface en béton. La progression sur.un béton ordinaire est d'environ 1 m/min. Il était donc urgent de concevoir un brûleur ne présentant pas les défauts mentionnés ci-dessus. La conception de tous les brûleurs conventionnels en ce 35 qui concerne la dynamique des gaz a pour conséquence que ces brûleurs ne sont ni à l'épreuve des explosions ni à l'épreuve des retours de flamme. Les brûleurs à pression uniforme sont à exclure dès le 70 09041 _4_ 2034942 •départ comme solution du problème que doit résoudre l'invention, car l'acétylène ne peut être utilisé sans risque de détonation que pour un fonctionnement en basse pression. L'invention aborde les problèmes décrits ci-dessus d'une 5 façon totalement nouvelle. La principale caractéristique de la méthode est qu'un jet d'oxygène ou d'air est envoyé à grande vitesse par une buse à l'intérieur d'une chambre de réaction dans laquelle le gaz combustible pénètre lentement par au moins un orifice d'alimentation en gaz combustible et que plusieurs 10 conduites de mélange dont une extrémité ouvre sur l'atmosphère sont reliées à la chambre de réaction en un point situé horë de l'axe du jet d'oxygène ou d*air. Il est clair qu'on a inventé un système d'alimentation en gaz complètement différent. 15 II est connu d'après la dynamique des fluides et des gaz que des jets de gaz parallèles et fortement accélérés (Mach I et plus) qui passent à travers un milieu gazeux immobile ou seulement légèrement agité, transfèrent leur impulsion (quantité de mouvement "m.v") au niveau de leur surface limite par l'intermé-20 diaire des molécules de la frontière aux molécules immobiles du milieu traversé. Ceci produit un écoulement laminaire des deux types de gaz l'un à côté de l'autre. L'expression "m.vw signifie que l'impulsion est le produit de la masse de la molécule de gaz hautement accélérée par sa vitesse. Le gaz immobile pendant un 25 certain temps prend la vitesse du gaz fortement accéléré. Le gaz qui s'écoule à grande vitesse (jet de gaz) forme donc le coeur du -jet de gaz laminaire à deux phases nouvellement créé, dont la couche extérieure est constituée par le gaz environnant accéléré par le transfert d'impulsion. De cette façon, les deux gaz ne 30 peuvent pas être utilisés comme porteurs d'énergie thermique. Selon l'invention, les deux écoulements laminaires de gaz sont alors forcés à travers un système de rainures en spirales. La forme en spiralo£roduit un brassage des deux gaz ce qui donne un mélange gazeux d'énergie potentielle thermique élevée qui brûle 35 régulièrement sans qu'une décomposition ou une détonation soient possibles. Il est donc évident que la méthode développée par l'invention est complètement nouvelle quant à la conception du brûleur à oxyacétylène. 70 09041 -5- 2034942 En vue d'assurer une distribution de gaz uniforme, l'invention préconise l'emploi de plusieurs orifices d'alimentation en gaz combustible de même dimension, par exemple huit, placés de manière régulière autour de la buse centrale à jet d'oxygène 5 ou d'air. Selon l'invention, les conduites de mélange sont disposées sur une couronne centrée sur l'axe de la buse à jetd'air ou d'oxygène et coïncident avec les prolongements axiaux des ouvertures d'alimentation en gaz. Un excellent fonctionnement 10 est garantit seIon l'invention si la longueur axiale de la chambre de réaction dans la direction du jet d'oxygène ou d'air n'est pas inférieure au diamètre "de la buse produisant le jet. De plus, il s'est révélé avantageux de maintenir une distance, égale au moins au diamètre des trous d'alimentation en 15 gaz combustible, entre le ou les orifices d'alimentation en gaz combustible et l'ouverture de la buse produisant le jet, et d'utiliser de plus des conduites de mélange d'une longueur égale à au moins 10 fois et de préférence à 25 à 75 fois la longueur de la chambre de réaction. 20 Pour obtenir un mélange efficace des composants gazeux en écoulement laminaire, l'invention préconise l'emploi de conduites de mélange de forme spiralée, l'angle de torsion des conduites de mélange étant inférieur à 1° et de préférence de l'ordre de 10 minutes d'angle. 25 Dans un mode de réalisation préféré de l'objet de l'in vention, le^conduites de mélange sont disposées sur le périmètre extérieur d'une pièce de buse à rainures et sont isolées de l'atmosphère au moyen d'une calotte de buse qui s'adapte exactement au périmètre extérieur de la pièce de buse à rainures. 30 Dans des développements supplémentaires, il est prévu de donner aux conduites de mélange la forme de 12 rainures, par exemple, d'une largeur de 25 mm à la base.de la rainure et qui s'élargissent dans la direction radiale extérieure en forme de coin en faisant un angle de 1°. L'aire de la section transverse 35 totale des conduites de mélange sur le côté de la chambre de réaction est environ égale aux 2/3 de l'aire de la seGtion des orifices d'alimentation en gaz combustible et décroît progressivement dans la direction ie sortie du ga-z jusqu'à ce- que l'aire 70 09041 —6— 2034942 de la section des conduites de mélange du côté de la sortie de gaz soit sensiblement égale à la moitié de l'aire de ces conduites du côté de la chambre de réaction. Pour former la base des conduites de mélange on donne 5 de manière convenable à la pièce de buse à rainures une forme de tronc de cône dont la section de plus petite aire est placée du côté de la sortie des gaz. On a disposé la surface des conduites de mélange sur la pièce de buse à rainures de façon qu'elle soit tangente à un cercle dont le diamètre est sensiblement égal à 10 la moitié du diamètre extérieur de la pièce de buse à rainures. La forme géométrique des conduites, de mélange dans la pièce de buse à rainures qui provoquent par leur torsion la rotation et donc le mélange des gaz, est telle que les flammes séparées contiennent seulement une partie centrale froide qui tend 15 vers "Zéro" avec l'élément spatial (La scme des éléments spatiaux est représentée par une intégrale triple fJJ x5y,z(dx.dy0dz)) • Le refroidissement de la flamme par la partie centrale qui apparaît toujours dans une flamme isolée est donc éliminé. L'énergie distribuée par la flamme ainsi subdivisée est donc considérable-'c.0 ment augmentée, ce qui affecte la température en conséquence. En vue d'empêcher un retour de flamme dans les réservoirs d'alimentation en gaz, au cours, d'un allumage possible à l'intérieur de la chambre de diffusion (défense contre les couches d'encrassement car il n'y a pas de plus grand dégât suscep-25 tible de se produire), l'invention préconise un dispositif brûleur muni d'un raccord pour le gaz combustible et d'un raccord pour l'oxygène ou l'air, chaque raccord étant adapté à une vanne de non-retour. L'invention préconise en outre une chambre de distribu— 50 tion de gaz combustible munie d'orifices d'alimentation et qui est reliée à la buse d'alimentation en gaz combustible par au ■- moins un orifice ménagé dans le montage de buses. Une mesure de sécurité supplémentaire selon l'invention consiste, à établir une connexion entre la buse à gaz ou la buse 35 a air et- la. buse du jet au moyen d'une conduite centrale et à fixer à la paroi de la conduite au moyen d'une soudure tendre, une substance qui se dissout ou qui fond à une température pré-détèrminée et qui est emportée avec le courant de gaz quand cette BAD ORIGINAL fo 70 09041 -7- 2034942 température est dépassée, et qui bouche la buse du jet. Cette substance peut être un alliage de cuivre et elle peut avoir la forme d'une sphère dont le diamètre est supérieur au diamètre d'ouverture de la buse à jet. 5 Si ce moyen de sécurité à l'intérieur du dispositif à buse est porté à une température supérieure, la sphère en soudure tendre (la température approximative de fusion de la soudure étant de 300°C) se détache de la paroi intérieure de la buse de pression dans laquelle l'oxygène ou l'air sont accélé-10 rés jusqu'à, la vitesse du son, et empêche l'oxygène de pénétrer dans le dispositif brûleur. Ainsi, seule est allumée la flamme froide "fuligineuse" d1acétylène. Un autre mode de réalisation préféré de'l'invention est caractérisé en ce que la buse de pression coopère de façon 15 étanche à l'extrémité munie de la buse à jet. au moyen d'un prolongement cylindrique, avec un alésage axial de l'élément à rainures, qui coupe les rainures en un point situé entre l'extrémité libre du prolongement de -la buse de pression et l'extrémité de l'alésage selon un angle aigu pour former des passages entre 20 la partie du dispositif transportant l'oxygène ou l'air et la partie transportant le gaz combustible, en vue d'assurer le mélange des gaz, et en ce que l'extrémité placée du côté de la sortie de l'élément à rainures dépasse axialement de la calotte de buse. 25 L'oxygène ou l'air sont insufflés sous forme d'un jet fortement accéléré à l'intérieur de l'alésage de l'élément à rainures et sa détente a pour effet de refroidir l'élément à rainures depuis la paroi intérieure à la façon d'un régénérateur. A l'extrémité de l'alésage, le jet d'oxygène ou d'air est divisé 30 en autant de jets partiels qu'il y a de rainures dans l'élément à rainures. Les jets partiels absorbent de manière diffuse dans les rainures le gaz combustible qui est pratiquement immobile et s'écoule en même temps que le gaz combustible en effectuant un important mouvement de rotation dû à la torsion des rainures le 35 long du trajet recouvert par la calotte de busoflusqu'à la sortie. Le mouvement de rotation des deux gaz entraîne un mélange intime des gaz. De plus, le mélange des gaz est entraîné contre la paroi des rainures par la rotation due à la force centrifuge engen- 70 09041 -8- 2034942 drée, de telle sorte qu'il ne peut pas s'échapper vers l'atmosphère sur la longueur de parcours libre c'est-à-dire au point où la calotte de la buse est en retrait par rapport à l'élément à rainures. Pour des pressions optimales, la flamme brûle parfaite-5 ment à une distance d'environ 0,05 mm de l'orifice de l'élément à rainures, ce qui. signifie que la flamme est pratiquement établie dans l'air et que seule sa forme géométrique dépend de l'élément à rainures. Après deux heures de fonctionnement du brûleur pour une pression d'oxygène de 6 atmosphères et une pres-10 sion d'acétylène de 0,45 atm., la température de l'extrémité de la calotte de la buse tournée vers la sortie est seulement égale à environ 25°C. Si un disque' d'acier est appuyé contre le brûleur pour tenter de fermer complètement l'orifice de la buse les flammes s'échappent latéralement. La vitesse d'écoulement de 15 sortie du gaz n'est en aucune façon affectée par ce procédé. Le même phénomène est observé quand un morceau de bois est appuyé contre le brûleur. Mais si la pièce de bois est colléçê. la flamme pendant environ 30 secondes, il se produit simplement une fusion de la pièce placée à l'orifice de la buse en une masse métallique 20 informej sans conséquences extraordinaires. Des modes de réalisation de l'invention seront maintenant décrits en détail en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est une coupe longitudinale partiellement en élévation de l'ensemble du brûleur. 25 La figure 2 représente la calotte de buse correspondant à l'ensemble de la figure 1. La figure 2a est une coupe longitudinale de la calotte de brûleur. La figure 2b est une vue en élévation de la calotte dans 30 la direction de l'axe longitudinal. La figure 3 représente une buse pour l'ensemble du brûleur de la figure 1. La figure 3a est une coupe longitudinale du corps de la buse. 35 I>a figure 3b est une coupe longitudinale du corps de la buse selon tin plan perpendiculaire au plan de coupe de la figure 3a. • Les figures 3c et 3d sont des vues en élévation du corps BAD ORIGINAL 70 09041 -9- 2034942 de la buse dans la direction longitudinale à partir de chaque extrémité. La figure 4 est une vue en coupe agrandie de la buse de pression de l'ensemble de la figure 1. 5 La figure 5 représente la pièce de buse à rainures. La figure 5a est une vue en coupe longitudinale de la pièce de buse à rainures, selon la ligne A-B de la figure 5b. La figure 5b est une vue en élévation de la pièce de buse à rainures, dans la direction de l'axe longitudinal, vue 10 depuis l'orifice de mélange de la buse. La figure 5c est une vue en élévation de la pièce de buse à rainures-dans la direction de l'axe longitudinal vue de la chambre de réaction dans laquelle peuvent pénétrer le jet d'oxygène et le jet de gaz combustible. 15 La figure 5d est une vue en élévation latérale de la pièce de buse à rainures. La figure 6 représente une variante de l'ensemble selon la figure 1. a) Les deux gaz oxygène et acétylène sont fournis sépa-20 rément à partir de deux réservoirs indépendants placés tous deux à proximité d'un ou de plusieurs éléments brûleurs selon l'invention. La pression d'oxygène optimale est de 4,5 atm. et la pression optimale d'acétylène est de 0,6 atm. Le réservoir d'acétylène est un récipient muni d'un nombre correspondant de rac-25 cords avec les buses pour l'alimentation en gaz. Le réservoir d'oxygène est placé très près du réservoir d'acétylène et il lui est associé au moyen d'ailettes de transfert de la chaleur. La détente de l'oxygène entraîne donc à la manière d'un régénérateur un refroidissement de l'acétylène au moyen du dispositif de 30 transfert de la chaleur à ailettes. b) L'ensemble brûleur représenté sur la figure 1 comprend un corps de buse 1 muni de deux raccords filetés 19 et 20 (voir aussi la figure 3) servant de raccords à gaz. L'oxygène pénètre sous pression par le raccord 19, tandis que le raccord 20 35 sert à l'alimentation en gaz combustible, c'est-à-dire en acétylène (basse pression) dans l'exemple décrit. Chacun des deux filetages est utilisé pour monter un corps de vanne 4 qui co titue un raccord 4a à la buse pour le 70 09041 -10- -2034942 raccordement de la conduite correspondante.. Un clapet anti-retour 3 est placé à l'intérieur du corps de varne 4.. Un manchon de pression de "buse 6 placé à- l'intérieur de l'ensemble de buse 1 constitue d'une part la chambre de réaction 5 17 et d'autre part une chambre de distribution du gaz combustible 180 Le manchon de pression de buse 6 est centré au moyen d'un collet d'extrémité dans l'alésage de l'ensemble de buse qui est en communication avec le raccord à oxygène. La chambre de distribution de gaz combustible 18 est mise en communication avec le 10 raccord à gaz combustible par les orifices 22 ménagés dans le corps de buse 1. La chambre de réaction 17» formée essentiellement par le manchon de pression de buse 6 est fermée par la face frontale d'une pièce de buse à rainures 8 qui est protégée de l'extérieur 15 par la calotte de buse 7« La calotte de buse 7 sert aussi à fixer le manchon de pression de buse 6 et la pièce de buse à rainures 8 au corps de buse 1. Le manchon de pression de buse 6 contient aussi un dispositif de sûreté 5 qui sera décrit plus en détail dans la suite. 20 Chacun des éléments de l'ensemble est maintenant décrit en se référant aux figures 2 à 5- La calotte de buse représentée sur la figure 2 est munie d'un filetage intérieur 27 qui est vissé sur le filetage externe correspondant 28 (voir figure 3) du corps de buse 1. Il sert à 25 fixer la buse de pression 6 et la pièce de buse à rainures 8 au corps de buse ainsi que'cela est représenté en particulier sur la figure 1. La calotte de buse 7 est également munie d'un trou cylindrique 29 auquel est raccordé un trou conique 30. La pièce 30 de buse à rainures 8 selon la figure 5 est insérée dans le trou cylindrique 29 et dans le trou conique 30, et une collerette 31 de la.pièce de buse à rainures 8 est placée contre la surface 32 de l'avant-trou de la calotte de buse 7« Le corps de buse représenté sur la figure 3 communique 55 avec l'alimentation en gaz combustible par le trou fileté 20 dans leo.ue]/èst vissé un corps de vanne 4. L'espace extérieur circulaire 33 est. ainsi en communication avec le gaz., combustible, par exemple de l'acétylène sous 0,6 atm. Cet espace circulaii'e BAD ORIGINAL j|| 70 09041 -11- 2034942 33 communi que avec la face intérieure 35 du corps de buse par les conduites 22.. Quatre conduites 22 de 1 mm de diamètre chacune sont prévues dans le mode de réalisation de l'invention décrit à titre d'exemple, ce qui signifie que l'on dispose d'une section 2 5 transverse de 3,2 mm pour le passage du gaz combustible. . Depuis la surface de portée 35 du corps de buse, un alésage 2 d'alimentation en oxygène gazeux est percé dans le corps de buse, avec son extrémité interne reliée au raccord à oxygène 19 par un canal 23. Le collet central 24 de la buse de pression 10 représentée»sur la figure 4 est ajusté dans 1* extrémité de cet alésage 2 qui s'ouvre vers l'extérieur. Le collet 24 forme alors i une surface de portée 25 qui repose contre la surface de portée 35 cLu corps de buse après montage. Le manchon de buse de pression 6 comporte de plus une couronne de trous 26 entourée d'une 15 paroi annulaire continue 14 dépassant à l'extérieur du collet 24. La distance entre la surface de portée 15 de la paroi annulaire et la portée inférieure 34 est une caractéristique essentielle de l'invention et est égale à 1 mm. L'alésage 21 de la buse de pression, à travers laquelle arrive l'oxygène sous pression, se 20 poursuit par un cône 36 solidaire de la buse à oxygène dont le diamètre est de 0,8 mm. L'espace compris entre la face interne 38 de la paroi annulaire et la paroi de la portée inférieure 34 dans laquelle débouche „la buse à oxygène 37 qui y est centrée, est défini comme étant la chambre de réaction 17 (voir figure 1). 25 Les trous 39 de 1,5 mm de diamètre sont répartis régulièrement sur un cercle concentrique de 7 mm de diamètre.- Ces trous 39 sont considérés dans la suite comme d'autres trous d'alimentation en gaz. Le rapport entre la section de la buse à oxygène 37 et la section des huit buses d'alimentation en gaz combustible 39 est 30 critique et vaut environ 1/28 dans le mode de réalisation de l'invention décrit. Il peut cependant varier entre 1/15 et 1/50. Entre la surface de portée 25 du manchon de buse de pression 6 et la couronne de trous 26 se trouve 1'entretoise 16 dont la longueur définit la chambre de distribution de gaz combustible 35 après le montage du manchon de buse de pression (voir figure 1). Le gaz combustible pénètre dans cette chambre de distribution par les conduites 22 et circule depuis celle-ci à travers les trous d'alimentation en gaz 39 de la couronne dè trous 26 70 09041 -12- 2034942 vers la chambre de réaction 17» Le dispositif de sûreté cité plus ôj haut a la forme d'une sphère en cuivre 5 soudée à la paroi de 1'-alésage 21. La soudure fond, dans le mode de réalisation décrit, à 300°G environ. Le but de cette sphère en cuivre soudée sera 5 décrit plus loin. On peut seulement souligner ici que la soudure fond lors d'une augmentation excessive de la température du ma — chon de buse de pression, et que la bille de cuivre est entraînée par le courant gazeux et placée devant la buse à oxygène 57 comme une bille de clapet, et qu'elle y fond avec son siège mé-10 tallique en obturant l'ouverture d'une façon solide. A côté du manchon de buse de pression 6, la pièce de buse à rainures 8 représentée sur la figure 5, est d'une importance particulière. Elle est ajustée dans l'alésage de la calotte de buse 7 comme cela a déjà été mentionné précédemment. La pièce 15 de buse à rainures 8 comporte un corps conique 15 dont la conici-té est d'environ 2° et dont le diamètre le plus grand du côté de la portée 9 est dirigé vers la chambre de réaction 17, le diamètre plus petit ayant une face d'extrémité 10. Il y a au total 12 fentes 11 tournées de 10 minutes d'angle. 20 Tous les plans des fentes sont tangents à un cercle 12, comme représenté sur la figure 5» La largeur de chaque fente, qui est de 0,25 mm à la base de la fente, augmente vers l'extérieur en divergeant d'un angle de 1°. La profondeur de chaque rainure à la face 10 est d'environ 1 mm. 25 La pièce de buse à rainures 8 est enfoncée dans la calot te de buse 7 comme représenté sur la figure 1. Une fois le manchon de buse de pression 6 fermement enfoncé avec son collet 24 dans l'alésage 2 du corps de buse .1, la calotte de bus.e 7 est vissée par son filetage 27 au filetage extérieur. La surface de 30 portée 15 de la paroi annulaire 14 est alors fermement appuyée contre le collet 31 de la pièce de buse à rainures 8. Au cours du fonctionnement, l'oxygène gazeux et l'acétylène pénètrent dans la buse par des clapets anti-retour 3« Si la pression de l'oxygène gazeux augmente pour line raison quelconque ! 35 à l'intérieur du corps de buse, les clapets se placent automatiquement en position fermée. Les gaz ne peuvent revenir dans les j réservoirs. ' j L'oxygène circule depuis une anti-chambre de toutes pe- I j copy^ 70 09041 -13- 2034942 titres dimensions principalement formée par l'alésage 2 dans le corps de buse 1, vers la chambre de réaction 17 entassant par la buse à oxygène 37« L'oxygène pénètre dans cette chambre 17 à une vitesse voisine de celle du son. 5 Un processus analogue a lieu au niveau.du clapet anti- retour à acétylène 3« ksi s à cet endroit, on est d?ni 'les conditions de basse Tession. La vitesse du courant d'acétylène est en consécuence relativement faible. Sien qu'il n'existe qu'une faible pression d'environ C,1 atm. dans les quatre conduites 2.Ï. 1C dans le corps de buse 1 qui relie la ci.ar.bre de réaction 17 avec l'espace situé avant le clapet anti-retour à acétylène 3» l'acétylène est soumis à une pression initiale de G,6 atm. et à une pression finale de 0,4 atm., par l'intermédiaire de la couronne de trous des canaux d'alimentation en gaz combustible 39 15 à la périphérie du jet d'oxygène compact et très accéléré de 1 mm de diamètre environ. L'acétylène (ou aussi un a'itre gaz-combustible) diffuse à l'intérieur du jet d'oxygène et reçoit une impulsion grâce à l'énergie -cinétique du jet; d'oxygène. Les deux gaz"*'se mélangent en étant encore mal mélangés au niveau de la 20 surface de portée 9 du noyau 13 de la pièce de buse -= r-iirures 8 qui est coaxiale avec l'ouverture de sortie de la buse a oxygène 37 et située dans son prolongement. Les gaz pénètrent alors seulement dans les rainures légèrement tournées 11 de la pièce de buse à rainures . Le mé-25 lange des gaz a lieu à l'intérieur de ces rainures tournées qu'on peut en conséquence aussi appeler canaux de mélange. La pièce de buse à rainures 8 est enfermée dans la calotte de buse 7 et obturée vers l'extérieur par celle-ci. Le courant lamin&ire gazeux ainsi que le courant gazeux 30 qui a été rendu turbulent par le mélange sur la face 9 de la pièce de buse à rainures 8 reçoivent un moment de rotation élevé du fait de l'angle dont sonl/tournées les rainures 11, et iv. fait de la vitesse élevée des gaz. La rotation fournit un eaz complètement mélangé aorès une certaine distance ("cette distance, 55 l'angle dont sont tournée.-- les rainures et ls vitesse du saz sont des variables liées), Les gaz brûlent avec une flanc" puissante et calme. Le volume d'une rainure 11 et le volume de la chambre de copy) 70 09041 -14- 2034942 - réaction 17 ont été maintenus très faibles" de façon qu'en cas d'extinction éventuelle on ne puisse entendre' qu'un' léger siffle ment. Si la combustion pouvait réellement se développer à 5 l'intérieur de la chambre de réaction 17» ce'qui pourrait arriver dans- les conditions les plus défavorables, les clapets anti-retour 3 vers le réservoir à acétylène ainsi que vers le réservoir à oxygène, sont fermés par la pression excessive créée. Les couranûs de gaz cessent et la flamme est privée de comLus-10 tible. Au cas où les clapets lâcheraient, le dispositif de sûreté 5 dans l'alésage d'alimentation en oxygène 21 du manchon de buse de pression 6 entrerait en action. Cette éventualité ne s'est réalisée au cours d'essais de laboratoires qu1après la fusion en un magma liquide de la ca-15 lotte de buse et de la pièce à rainures. La température du corps de buse s'est élevée jusqu'à 300°C (mesurée à l'aide de pastilles thermochrommes). On a déjà mentionné qu'une bille de laiton est fixéepar soudure à basse température comme dispositif de sûreté à l'intérieur de l'alésage d'alimentation en oxygène 21 du 20 manchon de buse de pression 6. La bille de laiton a un diamètre légèrement supérieur à l'orifice de sortie de la buse à oxygène 37° Si la température du manchon de buse de pression s'élève au-dessus de 300°C, la soudure fond et la'bille est placée devant l'orifice de sortie et est véritablement soudée sur place par la ^5 soudure à basse température qui y adhère. La source d'oxygène est complètement supprimée dans ces éventualités et seule la flamme fuligineuse "froide" de l'acétylène brûle encore. En conséquence, la situation ne peut jamais devenir dangereuse même si les clapets anti-retour lâchent. La conception mécanique de la 50 buse donne une double sûreté. La principale mesure de sûreté réside cependant dans la présence de l'alimentation en gaz séparée Le refroidissement du corps de buse 1 est obtenu par l'oxygène qui s'échappe du corps à gaz sous pression à une vitesse voisine de celle du son. La dilatation refroidit la buse 35 d'une façon si efficace que le corps de buse 1 en fonctionnement pendant une heure ne dépasso£>as 70°0, la distance verticale entr l'orifice'central de la buse et la surface du béton étant de 30 mm- ét 1 'angle d'inclinaison du jet de flamme'étant de 50° 8Ad Original 70 09041 -15- 2034942 résultat est d'autant plus remarquable qu'il a été obtenu au cours d'un essai de longue durée. Le béton qui ne possède qu'un faible coefficient de transfert thermique est changé en tin verre, liquide léger. Cette substance se solidifie au refroidissement 5 en un verre sombre. L'équilibre thermique est un peu moins favorable lorsque plusieurs ensembles sont groupés en un seul brûleur. Contrairement à la répartition de température d'une buse unique dont la température constante décroît radialement [ s = f(t) ], un brû-10 leur à buse»multiple donne une ellipse avec ses isothermes, dont la pente (ds/dt) est considérablement moins forte. La radiation . thermique aussi est bien évidemment réduite de ce fait. Malgré cela, le refroidissement par l'oxygène par régénération et le refroidissement plus faible par radiation sont suffisants pour per-15 mettre la manipulation sûre du brûleur. Le dispositif utilise le principe de la diffusion et de la rotation pour le mélange. Ceci élimine le fonctionnement à pression uniforme (brûleur à acétylène). De plus, il n'y a pas de grands espaces de mélange comme dans le cas des brûleurs à 20 injecteur. Les détonations (explosions et retours de flamme sont impossibles avec le principe de cette conception). Puisqu'il n'y a pas de mélange oxygène-acétylène dans la tête de brûleur, de nombreux dangers possibles sont évités. Même une chute de pression brutale n'est pas dangereuse, puisque 25 les clapets anti-retour arrêtent les combustions de toutes sortes dans le brûleur. Même une réduction de la vitesse du courant en-dessous de la valeur d'inflammation n'endommage pas la réalisation puisqu'un retour de flamme de la flamme d'allumage dans la chambre de mélange n'est pas possible. Une flamme qui éventuelle-30 ment remonterait par l'une ou l'autre des rainures 11 n'atteindrait que le .gaz presque complètement non mélangé dans la chambre de réaction 17 en aval de la buse de pression 37- Au cas où ce très petit volume de gaz s'enflammerait, la pression croîtrait et entraînerait la fermeture des clapets anti-retour. 35 Pour assurer la sécurité du brûleur, le clapet à oxygène doit être ouvert le premier et le clapet à acétylène doit être ouvert après. Cet ordre est important pour obtenir d'abord un effet&e diffusion accentué et ensuite pour éviter la formation 70 09041 -16- 2034942 • de noir. Pour cette raison, les poignées des deux clapets doivent être convenablement disposées pour éviter que l'opérateur ne fasse une erreur. On a déjà expliqué au début que le dessin du brûleur ré-5 pond à des lois mathématiques exactes. En conséquence, les limites de pression de l'alimentation en gaz lors du fonctionnement sont très étroites. Le brûleur décrit -et représenté peut travailler à une pression d'oxygène constante de 4,5 atm. dans les conditions les plus efficaces seulement si la pression d'acétylène 10 est comprise entre 0,55 et 0,6 atm. Le tableau ci-dessous donne les pressions dracétylène pour une gamme de pression d'oxygène plus large. Pression constante Pression d'acétylène pour Pression d'ex-d'oxygène en atm. un fonctionnement optimum tinction de la 15 en atm. flamme en atm. 3,0 0,40 0,35 3,5 0,43 0,38 4,0 0,51 0,40 4-,5 0,60 0,49 5,0 0,65 0,51 5,5 0,75 0,60 6,0 0,80 0,63 6,5 0,87 0,70 7,0 0,91 0,72 7,5 1,10 0,85 Le meilleur domaine de fonctionnement se trouve entre 4,5 et 5 atmosphères pour l'oxygène. Les conditions optimum con-30 cernent principalement l'intensité de la flamme et la consommation de gaz. Le mode de réalisation de l'invention concerne un brûleur oxyacétylénique. Lorsqu'on utilise de l'air ou des gaz combustibles différents, la sécurité contre les explosions et retours de flamme dans le brûleur peut ne pas être d'une impor-35 tance décisive dans certaines conditions. Mais pour tous les gaz combustibles, la grande puissance, la possibilité d'un grand accroissement de l'alimentation du brûleur et le petit nombre de composants sont des avantages particulièrement intéressants. 70 09041 -17- 2034942 La figure 6 représente une variante du brûleur possédant une buse de pression 6 dont l'extrémité située du côté de l'élément à rainures 8 possède un prolongement 37a de diamètre calibré qui est voisin d'un rebord circulaire 14 dont le diamètre est 5 sensiblement égal au diamètre du filetage intérieur 27 de la calotte de buse et à travers lequel passent un grand nombre de petits canaux 39 qui sont uniformément répartis sur une couronne concentrique à l'axe de la buse de pression. Le rebord 14 se continue du côté du prolongement décalé 37a par une partie cy-10 lindriaue &a de diamètre calibré, la partie de plus grand diamètre étant supportée par un épaulemest 25 qui dégage les conduites 22 par le surface avant 35 du corps de buse 1, de telle sorte que la section de plus petit diamètre fait un joint d'é-tanchéité fixé à demeure avec l'alésage 2 du corps de buse 1. 15 Le prolongement 37a de diamètre calibré forme un épaulement supporté par la face avant 9 de l'élément à rainures 8, la partie de plus petit diamètre faisant un raccord étanche avec un trou axial 8a de l'élément à rainures 8. Le rebord 14 et les parties voisines des deux côtés de la buse de pression 6 forment 20 des espaces annulaires 17 et 18 qui communiquent par les trous 39 du rebord 14 et qui sont privés de toute communication avec la partie transportant de l'oxygène de l'ensemble. Fraisées à la surface extérieure de l'élément à rainures 8 à des angles égaux, se trouvent 12 rainures 11 de 0,25 mm de 25 large s'étendant longitudinalement en étant tournées d'un angle de 2°, qui sont tangentes à un cercle imaginaire concentrique à l'axe longitudinal et qui font de l'extrémité conique vers l'autre extrémité Tin angle de 2° avec l'axe longitudinal. Comme déjà noté, un alésage axial 8a s'étend depuis l'extrémité comportant 30 le collet à 1'intérieur de l'élément à rainures, qui coupe les rainures sous un angle de 2° de façon que soient créés des passages depuis ce point d'intersection vers le fond de l'alésage 8a pour l'oxygène gazeux introduit à vitesse sonique dans l'alésage. La zone de transition allant de l'alésage 8a aux rainures 35 11 forme la chambre de diffusion. Dans le brûleur selon l'invention, le gaz combustible fourni à une pression de 0,4 atm. environ et l'oxygène gazeux fourni à une pression d^ 6 atm, environ restent séparés jusqu'au .70 09041 -18- 2034942 point d'intersection de'l'alésage 8a et des rainures 11 de l'élément à rainures 8. La diffusion entre le gaz combustible et l'oxygène se produit entre ce point d'intersection-et le fond de l'alésage, les gaz étant intimement mélangés dans la longueur de 5 rainure restante recouverte par la calotte de buse ?• Le long de la longueur de fente libre c'est-à-dire- la longueur sur laquelle l'élément à rainures 8 dépasse de la calotte de buse 7 la force centrifuge créée par l'angle de torsion des rainures 11, c'est-à-dire 2°, est d,une grandeur' telle que le mélange de gaz adhère 10 fermement à la paroi des rainures de façon à donner la distribution de flamme optimum. Gomme déjà mentionné, ceci donne un brûleur sûr et indéréglable qui n'atteint pas des températures excessivement élevées même en fonctionnement de longue durée. 70 09041 -19- 2034942 - REVENDICATIONS - 1 - Brûleur pour la production d'une flamme de grande intensité à partir d'oxygène gazeux ou d'air et d'un gaz combustible, caractérisé en ce qu'un jet d'air ou d'oxygène peut être 5 envoyé à grande vitesse par une buse à une chambre de réaction dans laquelle le gaz combustible circule à faible vitesse par au moins Tin orifice d'alimentation en gaz combustible et en ee que plusieurs canaux de mélange, partant de la chambre de réaction en un point extérieur à l'axe du jet d'oxygène ou d'air et qui sont 10 ouverts à leur extrémité à l'atmosphère, sont associés à la chambre de réaction. 2 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un certain nombre de trous d'alimentation en gaz combustible identiques, huit par exemple, sont régulièrement disposés autour 15 de la buse d*air ou d'oxygène placée au centre. 3 - Brûleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les canaux de mélange sont disposés autour de l'axe de la buse à air ou oxygène centrale et sont dans le prolongement axial des orifices d'alimentation en gaz. 20 4- - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 3» carac térisé en ce que la longueur axiale de la chambre de réaction dans la direction du jet d'air ou d'oxygène n'est pas inférieure au diamètre de la buse. 5 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 4, carac-25 térisé en ce qu'une distance au moins égale au diamètre des trous d'alimentation en gaz combustible existe entre .l'orifice de la buse et le ou les trous d'alimentation en gaz combustible. 6 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 5» caractérisé en ce que la longueur est égale à au moins 10 fois, et de 30 préférence de 25 à 75 fois la longueur de la chambre de réaction. 7 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les canaux de mélange présentent une certaine torsion. 8 - Brûleur selon la revendication 7> caractérisé en ce 35 que la torsion des canaux de mélange est inférieure à 1° et est de préférence de l'ordre de 10 minutes d'angle. 9 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les canaux de mélange sont disposés à la péri- BAD ORIGINAL 70 09041 -20- 2034942 phérie d'une pièce de buse à- rainures et sont fermés vers l'extérieur par une calotte de "buse ajustée à la périphérie de la pièce de "buse à rainures. 10 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 9» carac-5 térisé en ce que les canaux de mélange, par exemple douze, sont des rainures qui ont 0,25 mm de large au fond et dont la largetir augmente vers l'extérieur en s'écartant d'un angle de 1°. 11 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'aire totale de la section des canaux de 10 mélange du côté de la chambre de réaction est sensiblement égale aux deux tiers de l'aire totale de la section des trous d'alimentation en gaz combustible et décroît vers la sortie des gaz. 12 - Brûleur selon-l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'aire de la section des canaux de mélange 15 à la sortie des gaz est environ égale à l'aire de la section de ces canaux du côté de la chambre de réaction. 13 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la pièce de buse à rainures, pour former le fond des canaux de mélange, forme un tronc de cône dont l'aire 20 la plus petite est du côté de la sortie des gaz. 14 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'aire des canaux de mélange est tangente à un cercle de la pièce de buse à rainures dont le diamètre est égal à la moitié du diamètre extérieur de la pièce de buse à 25 rainures. 15 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 7 et 9 à 14 caractérisé en ce que la buse de pression coopère de façon étanche à l'extrémité comportant la buse par un prolongement cylindrique avec un alésage axial de l'élément à rainures qui 30 coupe les rainures à un point situé entre l'extrémité libre du prolongement de la buse de pression et l'extrémité de l'alésage sous un angle aigu de façon à former des passages de la partie de l'ensemble transportant de l'oxygène ou de l'air à la partie transportant du gaz combustible pour mélanger les gaz, et en ce 35 que l'extrémité de sortie de l'élément à rainures dépasse axiale-ment de la calotte de buse. 16 - Brûleur selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'angle de torsion des rainures de l'élément à rainures est compris entre 2 et 6°. GQPY ] 70 09041 -21- 2034942 17 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le corps de buse comporte un raccord pour le gaz combustible et un raccord pour l'oxygène gazeux ou l'air comportant chacun un clapet anti-retour. 5 18 - Brûleur ;elon l'une des revendications 1 à 17, ca ractérisé en ce ou'il comporte une chambre de distribution de gaz combustible d'où partent des trous d'alimentation en gaz et qui communique avec le raccord à eaz combustible par un trou prévu dans le corps de buse. 10 19-^ Brûleur selon l'une des revendications '1 à 18, ca ractérisé en ce nue le raccord pour 11 oxygène gazeux ou l'air est relié à la buse par un canal central et en ce qu'une substance qui se sépare ou fond à une température prédéterminée est fixée à la paroi du canal, par exemple par soudure à basse tempé-15 rature, et qui est entraînée par le courant ^azeux lorsaue la température est dépassée, pour aller fermer la buse. 20 - Brûleur selon la revendication 19 s caractérisé en ce que ladite substance est en" alliage de cuivre. 21 - Brûleur selon l'une des revendications 19 et 20, ca-20 ractérisé en ce que ladite substance a la forme d'une bille dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre de l'orifice de la buse.