Brevet FR2077904A1 — publié le 19711105

La plupart des brûleurs à combustibles liquides comportent un dispositif imposant à l'air le mouvement rotationnel nécessaire pour assurer un mélange convenable entre le fuel pulvérisé et l'air de combustion. Pour chaque foyer et pour chaque débit de combustibles liquides, il existe une vitesse rotationnelle optimum, assurant le meilleur mélange et par conséquent la meilleure combustion. La raison en est qutau-dessous d'une certaine vitesse de rotation,le mélange combustible-comburant est anisotrope, donc mauvais, et qu'au-dessus d'une certaine vitesse, il y a coalescence et ou/centrifugation des gout@elettes. Quand il y a centrifugation, les gout@elettes sont projetées sur la paroi du foyer où elles subissent un "cracking" en laissant des résidus de coke, formation préjudiciable à la fois à la qualité de la combustion et à la tenue du foyer. Afin d'éviter ces phénomènes, le combustible doit être, soit vaporisé, soit gazifié, soit complètement brûlé avant de rencontrer la paroi du foyer. Les principavx paramètres qui interviennent pour faire passer la goutelette de l'état liquide à l'état gazeux sont les suivants 1 - la qualité du combustible, 2 - le diamètre des gouttelettes, 3 - la température ambiante, 4 - la chaleur transmise à la goutelette par rayonnement et convection, 5 - les mouvements de l'air, 6 - la trajectoire des gouttelettes. La trajectoire des gouttelettes pulvérisées par le brûleur est déterminée par l'énergie potentielle conférée par la pulvérisation, mais surtout par le courant de l'air de combustion. C'est donc princnpa- lement le pi. mouvement rotationnel de l'air qu est susceptible de provoquer la centrifugation des gouttelettes. I1 résulte de ce qui précède que si l'on pouvait influencer la vitesse du mouvement rotationnel de l'air irdéperdamnent de la vitesse de déplacement ou de translation de l'air, on pourrait réaliser les conditions optimum de mélange, sans trop approcher de la vitesse rotationnelle critique provoquant la projection des gouttelettes sur la paroi du foyer. Or, jusqu'à ce jour il n'existe aucune solution technique permettant d'intervenir de façon indépendante sur la vitesse rotationnelle. En ce qui concerne le mouvement rotationnel de l'air de combustion, on peut classer les brûleurs à combustible liquide en deux catégories: a) brûleurs domestiques ou de chauffage central ésipés d'un ventilateur centrifuge dont la tubulure de sortie d'air est prolongée pour recevoir la tête de combustion. Cette dernière comprend en général, en dehors du gicleur et des électrodes un disque avec persiennes ou d'autres ouvertures ou une roue à pales fixes dispositifs appelés stabilisateur. Ces éléments imposent à l'air de combustion propulsé par la turbine du ventilateur le mouvement rotationnel en question. Ces "stabilisateurs" de flammes, en tOle emboutie, comportent certaines imperfections dimensionne2Ees, qui s'accentuent souvent à l'usage par la surchauffe due au rayonnement de la flamme ou par l'encrassement provenant des imbrAlés de fuel. Dans ce cas la combustion est perturbée. Par ailleurs de tels stabilisateurs de flamme ne donnent des résultats convenables que dans certaines limites de vitesse d'air et par conséquent de débit de fuel. En dehors de cette plage de fonctionnement correct, la "structure" de l'air s'écoulant à travers les orifices du stabilisateur varie sensiblement, soit par l'apparition, soit par la disparition de turbulences indésirables, soit encore par le décollement de couches limites et/ou le décollement de veines, conduisant à des gradients de vitesse notables, donc à un mélange hétérogène, préjudiciable à la qualité de la combustion. Un certain reglage assez limité d'ailleurs de la vitesse rotationnelle est possible par le déplacement axial du stabilisateur à l'intérieure d'un convergeant. Dans ce cas la fente annulaire si tuée entre le convergeant et le stabilisateur varie de section ce qui contraint une partie plus ou moins grande de l'air de combustion à traverser le stabilisateur, qui lui impose ainsi un mouvement rotationnel sinon correspondant du moins variable. Hais étant donné la forte perte de charge que l'air subit en traversant le stabilisateur le débit d'air de combustion diminue sensiblement avec l'augmentation du mouvement rotationnel. I1 est donc pratiquement impossible d'intervenir à bon escient et dans les limites souhaitées sur l'écoulement de l'air de sorte à obtenir le mouvement rotationnel voulu et le débit voulu de l'air de combustion. b) brûleurs industriels équipés de volets mobiles dont l'orientation permet de varier jusqu'à un certain degré le mouvement rotationnel. biais comme pour les "brûleurs domestiques" toute variation de la position des volets se répercute sur la perte charge et par conséquent sur le débit d'air. En d'autres termes, il existe toujours une dépendance entre vitesse rotationnelle et pression statique, ce qui constitue un inconvénient notable. Pour un certain nombre de "bradeurs industriels", le mouvement rota tionnel de l'air de combustion est obtenu par son admission périphérique autour de la tete de combustion ou immédiatement en amont de celle-ci, dans une pariie dite "ouvreau". Pour les deux types de bradeurs, le mouvement rotationnel est obtenu par une double conversion d'énergie. La vitesse de l'air engendrée par la rotation de la turbine imposant à l'air un mouvement rotationnel centrifuge, est convertie en pression, puis une grande partie de la pression disponible est convertie en vitesse pour assurer le mouvement rotationnel mentionné. Il est évident que cette conversion d'énergie cinétique en énergie potentielle et sa reconversion se ront au détriment du rendement, lequel suivant la conception de l'ensemble1 varie entre 20 et 40p du rendement théorique. Or, dans la plupart des cas, il est souhaitable de rendre la vitesse rotationnelle indépendante du débit et par conséquent de la pression de l'air. Le dispositif objet de la présente invention permet de remédier à tous ces inconvénients, par le fait de rendre indépendants les débits d'air de leur mouvement rotationnel. Selon la présente invention, on utilise un ventilateur centrifuge constitué par la turbine et la volute habituels et on place le gicleur comme d'habitude dans le prolongement de l'orifice de refoulement, couramment appelé canon du brûleur, L'alimentation du gicleur en combustible ainsi que le dispositif d'allumage, sont latéralement introduits dans le canon du brûleur afin de dégager sa partie arrière, c'est-à-dire le coté d'arrivée d'air. Dans cette partie, on loge une turbine hélicöidale commandée directement par un moteur électrique, qui se trouve soit a l'intérieur du canon, soit(en utilisant un arbre proîongé)à l'extérieur de la volute du ventilateur ou sur une autre partie de sa carcasse. On peut également fixer la turbine sur un arbre entre deux paliers et commander ces derniers par une transmission quelconque. Le moteur commandant cette turbine hélicoîdale est un moteur monophasé (par exemple type universel), dont l'on peut facilement varier la vitesse par transformateur, rhéostat ou tout autre dispositif connu. On conçoit aisement que l'on peut règler d'une part le débit d'air et sa pression par les moyens habituels et qu'on peut règler d'autre part la vitesse rotationnelle facilement par la variation de la vitesse de rotation du moteur commandant la turbine hélicoidale. Il est évident que la mise en mouvement directe de l'air par la turbine hélicoldale procure des économies sensibles de force motrice. La force motrice nécessaire pour provoquer ces mouvements est très faible et théoriquement inférieure à la force motrice nécessaire pour la mise en mouvement de l'air, par la conversion de l'énergie potentielle. Ce dispositif et l'absence du stabilisateur procurent les avantages résumés di-après: 10) Possibilité de variation du mouvement rotationnel indépendamment du débit d'air, assurant un mélange homogène entre combustible et comburant. 29) Facilité d'accès au gicleur. 30) Facilité de réglage des électrodes. 40) Facilité de montage d'un dispositif d'allumage à gaz, indique en cas de fuel lourd. 5 ) Economie considérable de force-motrice. 60) Possibilité de couvrir avec un brûleur une très grande plage de débits-et ceci sans changement de la tête de combustion. 70) Simplification de la tête de combustion en cas d'utilisation de gaz combustibles du fait d'assurer un mélange homogène grace aux mouvements rotationnels imposés à la fois au gaz et à l'air essentiellement à l'intérieur du canon de bradeur. 8 ) Maintient du même rapport entre combustible et comburant sur une très grande plage de réglage. Même à faible déhit il n'est plus nécessaire d'augmenter l'exces d'air étant donné que l'énergie inspelldable au mélange n'est plats Pourri par le débit et la pression du comburant, mais par un dispositil autonome. REVENDICATIONS: PROCEDE conférant un mouvement rotationnel aux comburants et/ou combustibles gazeux débités par des brûleurs, caractérisé par le fait de faire traverser une turbine à flux axial ou une hélice tournantes par le ou les gaz véhiculés. Le procédé étant en outre caracterisé par les détails suivants: l.) le comburant est mis soIis pression par ure soufflante quelconque habituellement utilisée pour la construction de brûleurs et dont la rotation est indépendante de celle de la turbine assurant la mise en mouvement rotationnel du comburant,. 2.) la turbine conférant au courant gazeux le mouvement rotationnel grace à sa propre rotation se trouve logée dans le tube de sortie du brûleur dit "canon" ou "geulard", 3.) la turbine suivent 2 est commandée par un moteur électrique à vitesse variable selon un procédé quelconque connu, 4.) la vitesse de rotation de la turbine sous 2 ou du moteur sous 3 est asservie par le débit de comburant et/ou du combustible du brûleur.