Brevet FR2137761A1 — publié le 19721229

'-2 16792 2137761 La présente invention concerne les brûleurs dans lesquels l'énergie emmaganisée dans le combustible sous-pression assure l'aspiration d'air de combustion dans le tube du brûleur. Plus précisément, elle concerne des brûleurs très efficaces 5 de construction simple et "de longueur inférieure à celle des brûleurs connus. Les brûleurs, notamment à gaz, qu'on a réalisés sous forme coulée monolithique comportent une section d'entrée dans laquelle est aspiré l'air de combustion, une gorge et une longue 10 section de détente conduisant au bec du brûleur. Comme le bec est remplaçable dans l'ensemble formé par le brûleur, il est nécessaire qu'il soit fixé de façon amovible sur le tube du brûleur. On a obtenu cette caractéristique de manière classique en soudant le bec à un collier taraudé, vissé à l'extrémité du 15 tube de brûleur. Ce procédé est délicat à mettre en oeuvre et donne peu satisfaction du fait de la difficulté de la découpe de filets dans la matière coulée du tube du brûleur. De plus, la longue section de détente rend difficile la réalisation d'ensembles peu encombrants. 20 L'invention supprime ces inconvénients des brûleurs de la technique antérieure, car les brûleurs de l'invention comprennent une section de détente donnant un rendement équivalent pour une longueur beaucoup plus faible. De plus, le bec est fixé par soudure à une tuyauterie cylindrique placée sur toute 25 la longueur du tube du brûleur et coopérant de façon étroite avec l'extérieur de celui-ci à chacune de ses extrémités. L'invention concerne donc un brûleur à gaz nettement plus court que les brûleurs classiques, et ayant cependant le même rendement. L'invention concerne aussi un procédé simple, 30 peu coûteux et commode de fixation du bec au brûleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention rassortiront mieux de la description qui va suivre-., faite en référence au- dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une coupe d'un brûleur à gaz sous pres-35 sion de la technique antérieure ; et la figure 2 est une coupe du brûleur à gaz sous pression perfectionné et raccourci de l'invention. 72 16792 2137761 Pour apprécier les caractéristiques de l'invention, une description détaillée d'un "brûleur.de.la technique antérieure est' nécessaire. La figure 1 représente un tel-brûleur connu. Par exemple, un brûleur 10 comprend une section 12 d'entrée ((conicj.téj 5 de forme conique d'angle au sommet/de 20 a 25°, le diametre diminuant jusqu'au diamètre minimal D de la gorge qui comprend dans de nombreux cas une courte section 16, puis une section 18 de détente agrandie dans laquelle le diamètre varie entre le diamètre D au niveau de la gorge et le diamètre externe D£. 10 Dans certains dispositifs connus, la longue section 18 de détente est divisée en deux parties de conicité 20 différentes. Un bec 30 est disposé au-delà de l'extrémité 21, et a une configuration légèrement évasée qui peut varier, et qui peut être par exemple telle que décrite, dans la demande de brevet des 15 Etats-Unis d'Amérique N° 129 768 déposée le 31 mars 1971 sous le titre "Noiseless Radiant Wall Burner". La section d'entrée a une longueur axiale d'environ 1,3 D. La courte section de diamètre constant a en général une longueur d'environ 0,8 D et la longue section de détente a une 20 longueur de l'ordre de 7,5 D. Le bec a par exemple une longueur d'environ 2,4 D. De cette manière, le brûleur a une longueur totale d'environ 12 D. Le diamètre externe D2 est en général de l'ordre de 2 D. Le bec 30 d'un brûleur de la technique antérieure est 25 en général fixé au brûleur par soudure en 28 à un collier 26 taraudé qui est vissé sur le filetage 24 de l'extrémité 21. A 11 entrée, une tuyauterie coaxiale 32 qui comporte un orifice 34 à son extrémité fermée,fournit du gaz combustible à une pression supérieure à la pression atmosphérique, par 30 exemple à 1 bar. L'orifice est disposé par exemple à une distance d'environ D/4 de la section d'entrée 14. Le fonctionnement du brûleur de la technique antérieure représenté sur la figure 1 est le suivant. Le gaz combustible sous pression élevée de l'espace 36 dans la tuyauterie 32 35 circule par l'orifice 34 dans la section 12. Le gaz est accéléré par la détente du gaz de la pression de la tuyauterie à une faible pression qui est en général inférieure à la pression 72 16792 3 ! 2137761 atmosphérique. Le courant de gaz représenté par les flèches 35 peut parfois atteindre la vitesse du s'on dans l'air. Du fait de cette grande vitesse, comme le montre le théorème "bien connu de Bernoulli, la pression dans la gorge est nettement inférieure 5 à la pression atmosphérique et l'air est aspiré dans la section d'entrée comme le montre la flèche' 38 et entraîné et mélangé avec le gaz combustible. Ainsi, au niveau de la gorge, de diamètre minimal D, le gaz mélangé a une vitesse maximale et, lorsqu'il s'écoule vers la sortie, le gaz a une vitesse qui diminue, 10 bien que la pression augmente de façon correspondante. En d'autres termes, la pression de vitesse dans la gorge, qui est nécessaire pour l'aspiration de l'air, est transformée en pression statique dans la longue section 18. Par exemple, la vitesse du gaz est inversement proportionnelle au carré du diamètre. 2 2 15 Ainsi, la vitesse de sortie en 21 est égale à D /D2 fois la vitesse au niveau de la gorge, soit à peu près le quart de la vitesse au niveau de la gorge. Les brûleurs connus présentent plusieurs inconvénients importants que 1'invention permet d'éliminer. La principale 20 difficulté est la longueur du brûleur qui est bien trop élevée et rend difficile la réalisation d'un faur peu encombrant. Cette grande longueur est imposée par la théorie selon laquelle la récupération efficace de la pression dans la partie de détente du brûleur nécessite une longue section de détente de dia-25 mètre variant lentement. L'invention, comme le montre la figure 2, prouve qu'une section de détente convenablement dessinée .peut avoir une longueur réduite tout en étant pratiquement aussi efficace. La section d'entrée 52 et la section 54 de la gorge ont des 30 longueurs de 1,3 D et 0,8 D qui sont pratiquement les mêmes que celles des brûleurs connus. La section de détente est divisée en deux parties, une première section 56 et une seconde 58. La première section 56 a une conicité dont l'angle 72 est égal à 8°, et sa longueur est de l'ordre de 1,5 D, alors que la secon-35 de section 58 a une conicité d'angle 74 d'environ 16°, menant à la sortie 60 (D2). La longueur de la seconde section est de l'ordre de 2 D. 72 16792 2137761 Le tube 50 est en général réalisé en fonte, étant donné que cette matière peut être coulée à des'dimensions précises sans difficulté. L'invention concerne un procédé simple et efficace de fixation du bec 68. Le contour externe du tube 50 5 comporte à chaque extrémité des sièges cylindriques 62 et 64 avec lesquels coopère étroitement une tuyauterie d'acier 66 de dimension classique. La tuyauterie peut être maintenue sur le tube par ajustage, ou par des vis non représentées, ou de manière bien connue dans la technique. Le bec 68 a le même 10 diamètre que la tuyauterie et il est soudé en 70 à l'extrémité de la tuyauterie 66. Le diamètre de l'extrémité 60 du tube est à peu près égal à 2 D. La section d'entrée 52 a une courbure régulière depuis . le diamètre d'entrée 80 au diamètre D à la gorge. Cependant, 15 le contour conique de la figure 1 peut être appliqué au brûleur de la figure 2, sans perte notable de rendement. De plus, la disposition de la tuyauterie 32 et de l'orifice 34 sont pratiquement les mêmes que dans les dispositifs connus. Le courant de gaz et celui d'air sont représentés respectivement par les 20 flèches 76 et 78. La longueur du brûleur de la figure 2 est égale au total à 5,6 D, non compris le bec, alors que la longueur correspondante du brûleur connu de la figure 1 est d'environ 9,6 D. Lorsqu'on inclut, le bec, les longueurs correspondantes sont de 8 D et 12 D. Ainsi, la longueur du brûleur 25 perfectionné de l'invention est à peu près égale aux 2/3 de la longueur d'un brûleur classique, avec un rendement pratiquement égal et une construction très simplifiée. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra 30 apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. ( 72 16792 2137761 REVENDICATIONS 1. Brûleur du type dans lequel l'énergie contenue par le combustible sous pression assure le passage à grande vitesse de celui-ci par un orifice et dans un tube coaxial de brûleur, 5 le tube comprenant successivement une section de mélange et d'entrée d'air aspiré par le combustible, une gorge de diamètre D et une section de détente aboutissant à un bec de brûleur, ledit brûleur étant caractérisé en ce que la section de détente comprend une première section disposée en aval de la gorge 10 et ayant une conicité d'environ 8° et une longueur d'environ 1,5 D, une seconde section disposée en aval de la première et ayant une conicité d'environ 16° et une longueur d'environ 2 D, et un bec de brûleur disposé en aval de la seconde section. 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le bec comprend une tuyauterie de support coopérant avec la face externe de la seconde section et disposée sur la longueur du tube du brûleur en aboutissant à la face externe de la section d'entrée. 3. Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce 20 que le bec est soudé sur la tuyauterie. 4. Brûleur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le tube de brûleur est pratiquement sous forme d'un ensemble monolithique coulé unique. 5. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 que la section d'entrée a une courbure progressive. 6. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section d'entrée est conique. 7. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section d'entrée converge vers le diamètre de la gorge 30 sur une longueur d'environ 1,3 D. 8. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice d'alimentation de combustible est monté à une distance de l'ordre de D/4 en amont de la section d'entrée.