Brevet FR2108944A1 — publié le 19720526

La présente invention concerne un perfectionnement aux bruleurs à flamme, tels que les bruleurs à mazout ou à gaz, - permettant de supprimer les sons graves et les infrasons produits par ces bruleurs. les bruleurs utilisés actuellement, notamment les bruleurs à mazout, transforment les cheminées en de véritables "tuyaux d'orgue géants émettant des infrasons intenses, très nocifs : ce phénomène est dû à la résonance dans la cheminée, modifiant périodiquement l'intensité de la flamme, ce qui à son tour entretient cette résonance.En fait, ces ondes sonores ou infrasonores, en se superposant au jet d'air alimentant ce bruleur, freinent et accélerent al- ternativement ce jet d'air, - et ceci d'autant plus efficacement que la pression d'air fournie par le ventilateur du bruleur, est faible. I1 en résulte une variation périodique de la combustion qui entretient la résonance dans la cheminée, exactement de la meme façon qu'un jet d'air oscillant entretient la résonance dans un tuyau d'orgue ordinaire. IWlais la longueur d'une cheminée étant bien plus grande que celle d'un tuyau d'orgue, généralement ce n'est pas un son audible, mais uh infrason très intense et extrêmement nocif qui est émis dans ces conditions. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter cette émission de sons graves et d'infrasons, en stabilisant le débit d'air dans les bruleurs. Selon la présente invention, on empèche la réaction de la résonance dans la cheminée, sur l'alimentation en air comprimé du bruleur > - par l'emploi d'une "soupape statique" stabilisant le débit d'air (procédé statique), - par l'emploi d'une pompe rotative à débit constant (procédé mécanique), ou par ces deux procédés å la fois. Dans le cas de la soupape statique décrite dans le présent brevet, les effets des ondes sonores se manifestent sensiblement perpendiculairement au jet d'air plat et ne font que modifier périodiquement son inclinaison, sans modifier son débit. Et, si l'inértie des organes tournants d'une pompe rotative ainsi que celle de son système d'entrainement (poulies ou engrenages et moteur) sont suffisantes, les variations du débit d'air provoquées par les ondes sonores, sont négligeables et l'entretien d'une résonance indésirable dans la cheminée, devient impossible. Pour mieux faire comprendre l'objet de la présente invention, on va décrire, à titre d'exemples illustrabifs et non-limitatifs, considérés séparement ou en combinaison quelconque, des dispositifs stabilisateurs du débit d'air et du tirage de la cheminées supprimant la production de sons et d'infrasons par les bruleurs à mazout et les bruleurs à gaz. On se référera aux déssins annexés, sur lesquels : La figure 1 représente le principe de la production d'un infrason par un bruleur à mazout qui entretient une résonance dans une cheminée. La figure 2 montre l'effet des ondes sonores sur un jet d'air parallèle à la direction de propagation de ces ondes : le débit du jet varie. La figure 3 montre l'effet des ondes sonores sur un jet d'air perpendiculaire à la direction de propagation de ces ondes : l'inclinaison du jet varie, mais son débit reste constant La figure 4 montre la combinaison d'une pompe à débit constant et d'une "soupape statique" : l'inclinaison du jet d'air peut varier, mais le débit reste constant. La figure 5 est une coupe longitudinale d'un bruleur à mazout à débit d'air stabilisé. La figure 6 est une coupe transversale AAI du bruleur à mazout représenté sur la Fig.5. La figure 7 est une coupe longitudinale d'un bruleur à mazout à débit d'air stabilisé, à pompe rotative. La figure I montre principe de l'entretien d'une résonance infrasonore dans une cheminée, par un bruleur à mazout. Le mazout contenu dans le reservoir (1) est envoyé par une pompe à engrenage (2) dans le gicleur (3), sous une assez forte pression, ce qui rend cette alimentation en mazout pratiquement insensible aux variations de la pression pouvant entre produites par les ondes sonores ou infrasonores0 (4) est la chambre de combustion, telle qu'unie chau- dière de chauffage central, par exemple. L'air nécessaire à là combustion (provenant d'une ventilateur non représenté icig pour simplifier la figure) arrive sous une pression très faible par le conduit(5). Cette pression est de l'ordre de 1 à 1,5 g/cm dans le cas du chauffage central domestique et ne dépasse guère quelques dizaines de grammes par centimètre carré dans le cas des grandes chaudières industrielles. C'est pourquoi le débit d'air subit l'influence de la pression alternative due aux ondes sonoresbu infrasonores produites par la résonance dans la cheminée (6). Cette cheminée, ouverte en haut et pratiquement fermée en bas par la chaudière, resonne, comme le montre l'expérience, "en quart de longueur d'onde" (comme un "tuyau dtorgue fermé"). Si la vitesse du son est de l'ordre de 340 m/sec et la longueur de la cheminée est de 15 m par exemple, cette fréquence de résonance est donnée par la formule F = 340 m/sec = 5,65 Hz environ 4 x 15 m - En fait, la fréquence de résonance d'une telle cheminée est un peu plus élevée, car dans les gaz chauds le son se propage plus rapidement que dans l'air à 20Q c. (la vitesse de propagation du son dans une cheminée est donc supérieure à 340 m/sec). Et lorsque la combustion est très intense, la résonance ne se produit plus à cette "fréquence fondamentale", mais à une fréquence 3 fois plus élevée (celle de l'harmonique 3). Ces ondes infrasonores (c'est-à-dire de fréquence inférieure à 20 Hz) en s'opposant et en s' ajoutant périodiquement à la pression d'air alimentant le bruleur à mazout, font varier périodiquement le débit d'air, donc l'intensité de la combustion qui dépend de ce débit. Et cette variation périodique de la flamme entretient très efficacement la résonance dans la cheminée qui devient ainsi un "tuyau d'orgue géant" émettant un infrason très intense. Exactement les mêmes phénomènes se produisent dans le cas des bruleurs à gaz. C'est pourquoi, pour rendre silencieux les bruleurs à mazout et les bruleurs à gaz, il faut empècher les variations du débit d'air alimentant ces bruleurs. Comme le montre la Fiv. 2, lorsque les ondes sonores (représentées symboliquement par des lignes ondulées sur cette figure) se propagent sensiblement parallèlement à un jet d'air, ces ondes, en s'opposant et en s'ajoutant périodiquement à ce jet d'air, provoquent une variation périodique de la vitesse du jet et il en résulte une variation périodique du débit dans le conduit d'air (7)0 Par contre, lorsque les ondes sonores se propagent sensiblement perpendiculairement au jet d'air, comme le montre la Figez ces ondes se combinent géonètriquement ("vectoriellement") avec le jet d'air et font varier seulement son inclinaison par rapport au conduit d'air (7), tandis que le débit du jet et le débit d'air dans le conduit (7) restent constants, 1l faut évidemment que le jet d'air pénètre toujours entièrement dans le conduit (7) par l'ouverture (8). C'est pourquoi, il ne faut surtout pas que ce jet d'air soit intérieurement tangent à la paroi du conduit cylindrique (7) : sinon, le jet oscillerait autour du bord de l'ouverture (8), le débit varierait et un sifflement intense serait émis. fl faut que le jet d'air soit un peu incliné vers l'intérieur du conduit (7), de façon à y pénétrer entièrement malgré les petites variations de son incli nai son. Dans ces conditions, le dispositif représenté sur la Fig.3 constitue un régulateur très efficace du débit d'air, qui reste rigoureusement constant malgré les ondes sonores pouvant provenir de la résonance dans la cheminée : l'alimentation en air du bruleur étant constante, la flamme reste constante et ne peut pas entretenir la résonance dans la cheminée. Le dispositif régulateur du débit d'air représenté sur la Fiv.3 ne comporte aucune pièce méca nique mobile : c'est une véritable "soupape statique" stabilisant le débit d'air. L'expérience a confirmé l'efficacité de la " soupape statique" représentée sur la Fig.3 : l'émission de sons graves et d'infrasons par une cheminée alimentée par un bruleur à flamme, cesse complètement. Sur les figures 2 et 3 (9) est une tuyère aplatie envoyant un jet d'air plut dans l'ouverture (8) pratiquée dans la paroi laté rale- d'un conduit d'air (7). Dans le dispositif stabilisateur du débit dtair représenté sur la Fig.4, on utilise comme pompe rotative un "surpresseur" (10) à deux rotors (11) et (12), constituant une sorte de "pompe à engrenage" dans laquelle chaque roue n'a que deux "dents". Un tel surpresseur fournit une pression un peu plus grande que celle d'un ventilateur. Muni d'un ajutage aplati (13), ce surpresseur envoie un jet d'air plat rapide dans ltouverture (14) d'un reservoir cylin drique (vis) alimentant un bruleur à mazout à travers l'ouverture (16) dans son fond. L'emploi d'un surpresseur à la place d'un ventilateur est avantaeux, car il permet de passer un plus grand débit par l'ouverture aplatie étroite de l'ajutage (13). Un autre avantage de l'emploi d'un tel surpresseur, est l'absence de la réaction des ondes sonores et infrasonores sur son débit C'est pourquoi, on peut, sans sortir des cadres de la présente inven tion, utiliser une telle "pompe rotative à débit constantnégalement seule, sans "soupape statique" iLaquelle elle est associée sur la Fig.4, pour l'alimentation directe d'un bruleur à flamme (mazout ou gaz), à débit d'air constant,-pour supprimer l'émission de sons graves et d'infrasons par la cheminée. La Figo5 est une coupe longitudinale d'un bruleur à mazout silencieux, à débit d'air stabilisé. Sur cette figure (17) est un ventilateur centrifuge entrainé parla poulie (18), par un moteur (19). Tout comme sur la Fig.4, (13) est une tuyère aplatie envoyant un jet d'air plat dans l'ouverture rectangulaire (14) d'un reservoir cylindrique (15) qui, à travers l'ouverture (16) alimente le bruleur à mazout en air comprimé (très faiblement comprimé, car ici on utilise un ventilateur et pas un surpresseur). Le mazout provenant d'un reservoir (20) est envoyé par la pompe àengrenage (21) entrai née par le même moteur (19), par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur (22), - dans le tube (23) alimentant le gicleur (24). Sur la Fig.6 est représentée une coupe transversale AA' du bruleur à mazout représenté sur la Fig.5. Sur la Fig.6, le ventila teur centrifuge (17) envoie à travers la tuyère aplatie (151 un jet d'air dans l'ouverture rectangulaire (14) d'un reservoir (15). l'air alimentant le bruleflr quitte le reservoir (15) par l'ouverture (16); au centre de cette ouverture circulaire passe le tube (23) condui sant le mazout sous pression au gicleur. Pour maintenir la pression moyenne à l'intérieur du reservoir (15) au-dessus de la pression atmosphérique et faciliter ainsi l'alimentation du bruleur, il suffirait de prévoir un carter (25), repré senté en pointillé sur la Fig.6. Si le volume à l'intérieur de ce carter est suffisamment grand, sa présence ne modifiera en rien le fonctionnement de la "soupape statique stabilisant le débit d'air" constituée par les élements (13), (14) et (15) : en effet, les ondes sonores agissant sur le iet d'air plat venant de la tuyère (13) proviennent non-pas de l'extérieur, mais de l'intérieur du reservoir (15) où ces ondes arrivent directement de la cheminée. La Fig07 représente un bruleur à mazout silencieux à débit d'air indépendant des ondes sonores et infrasonores, dans lequel au lieu d'une "soupape statique" on utilise uniquement une pompe rota tive du type représenté sur la Figez Sur la Fig.7, (20) est un reservoir à mazout, (21) une pompe à engrenage envoyant le mazout sous pression dans le tube (23) alimentant le gicleur (24). La pompe à engrenage (21) est entrainée par le moteur (19) par l'intermé diaire d'un engrenage reducteur (22). le mdme moteur (19) entraine par poulies et courroie sans fin, la pompe rotative (10) à rotor double (11), (12), assurant une alimentation en air à débit indépendant des ondes sonores et infrasonores provenant de la cheminée, ce qui empèche l'entretien de la résonance dans cette cheminée (non-représentée sur cette figure). R E V E N D I C A T I O N S 1. Bruleurs à flamme (à mazout, à gaz) silencieux, à flamme stabi lisée par une alimentation en air à débit constant et insensible aux ondes sonores et infrasonores, permettant d'éviter ainsi la réaction de la résonance dans la cheminée sur la flamme et sup primant de cette façon l'émission de sons graves et d'infrasons par la cheminée. 2. Bruleurs silencieux à flamme, à débit d'air constant, selon la revendication 1, dans lesquels l'emploi dtune "soupape statique stabilisatrice du débit d'airs constituée par un cylindre dans lequel un jet d'air plat pénètre par une ouverture latérale de façon que les ondes sonores et infrasonores puissent tout au plus, faire varier l'inclinaison de ce jet, sans modifier le débit d'air, stabilise l'alimentation en air du bruleur et empèche les variations de l'intensité de la flamme capables d'entretenir la résonance dans la cheminée provoquant l'émis sion de sons et d'infrasons. 3. Bruleurs silencieux à flamme, à débit d'air constant, selon la revendication 1, dangtlesquels 1' remploi d'une pompe rotative à débit constant empèche la réaction sur la flamme de la résonan ce dans la cheminée et régularise ainsi le tirage de cette chéminée ce qui supprime l'émission de sons graves et d'infra sons 4. Bruleurs silencieux à flamme selon les revendications 1, 2 et 3 dans lesquels on utilise pour l'alimentation en air comprimé, une pompe rotative à double rotor, analogue à une pompe à engrenage dont les roues dentées se réduisent chacune à "deux dents", c'est-à-dire, un "surpresseur",