Brevet FR2135397A1 — publié le 19721222

La présente invention concerne les "brûleurs pour combustibles liquides à volatilité élevée, par exemple le pen-tane, l'isopentane, 1'isoh.exane et, de préférence, pour gaz liquéfiés, par exemple le butane ou le propane, du type dans 5 lequel le combustible est introduit à l'état liquide ou liquéfié dans le brûleur pour être projeté à l'extérieur par l'intermédiaire d'un gicleur» Les brûleurs de ce genre peuvent être utilisés en tant que générateurs de chaleur pour des puissances utiles "10 élevées, par exemple supérieures à 60tli/lieure. Pour de tels brûleurs, il est généralement désirable de disposer d'une place de débit très étendue, conférant au brûleur une grande souplesse de fonctionnement ; la projection ne doit pouvoir s'effectuer que si la pression du combustible 15 est supérieure à un seuil de pression p^. De plus, pour permettre l'allumage des brûleurs par un moyen électrique, il est souhaitable que le .débit du brûleur au moment de l'allumage soit très inférieur à son débit nominal, en étant par exemple, au plus, égal à 15% de ce débit nominal. 20 II est enfin préférable que la montée du débit, après l'allumage, puisse se faire sans à-coups selon une progression régulière. Oompte-tenu de la tension de vapeur des combustibles liquéfiés du type précité et des caractéristiques des pompes 25 actuellement disponibles, la variation de la pression d*ali-mentation du brûleur se situe obligatoirement entre 2,5 et 10 bars environ. De ce fait, il n'est pas possible d'obtenir un débit variant régulièrement entre de larges limites en utilisant les seules variations de pression : en effet, le débit 30 du système gicleur varie nécessairement comme la racine des carrés de la pression ; celle-ci variant, comme on l'a indiqué ci-dessus, dans la proportion de 1 à 4, le débit ne peut varier que dans la proportion de 1 à 2. La présente invention propose un ensemble de moyens 35 pour obtenir, dans des brûleurs du type précité, une grande plage de variation du débit, la montée en débit se faisant de préférence régulièrement en fonction de la montée en pression 71 15857 2 2135397 à partir du seuil p^ précité. Selon l'idée mère de l'invention, on utilise au moins deux jeux d'orifices gicleurs montés en parallèle, la mise en oeuvre des différents jeux d'orifices se faisant successive-5 ment, en fonction de la pression interne du combustible, dans des conditions de pression et de laminage prédéterminées. Plus précisément, le brûleur selon l'invention est caractérisé en ce que son gicleur est muni d'au moins deux séries d'orifices de passage de fluide, chaque série d'orifices 10 coopérant avec tin clapet d'obturation et en ce que les ouvertures des différents clapets sont provoquées l'une après l'autre par le déplacement d'un organe de commande unique actionné par la pression interne du combustible à l'intérieur du brûleur. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'or gane de commande actionné par la pression interne du brûleur est line tige de commande accouplée à une membrane sensible à la pression interne« Selon une autre caractéristique de l'invention, là 20 tige de commande précitée est disposée dans l'axe du brûleur, les séries d'orifices sont concentriquement disposées en couronnes autour de cet axe, et les clapets obturateurs sont té-lescopiquement montés l'un par rapport à l'autre co-axialement à cet axe» De préférence, le clapet venant obturer la couronne 25 d'orifices ayant le plus petit diamètre est solidaire de la tige de commande» Selon une autre caractéristique de l'invention, les différents clapets sont armés par des ressorts tendant toujours à les repousser en position de fermeture, la force de ces res-30 sorts étant choisie pour une bonne progressivité du débit» Selon une autre caractéristique de l'invention, le brûleur comporte des chambres séparées par des cloisons servant dé paliers de guidage à la tige de commande et munies d'orifices permettant la communication des chambres entre elleso Une 35 ûe ces chambres reçoit l'arrivée du fluide sous pression, une autre chambre, dont une paroi est constituée par le gicleur, sert au logement des clapets j une autre chambre sert au lege- 71 15857 3 2135397 ment de la membrane de régulationo D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront sur la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels ; 5 - la figure 1 est une vue en coupe axiale du nouveau brûleur selon l'invention, dans un exemple de réalisation. - la figure 2 est un graphique montrant les variations du débit du brûleur en fonction de la pression interne d'alimentation» 10 Le brûleur de la figure 1 est organisé symétriquement autour d'un axe central -&A. Il comporte un corps extérieur 10 comprenant une partie "avant* 11, de forme tubulaire, une partie "arrière" 12, de forme cylindrique et de grand diamètre par rapport à la partie "avant 11, une partie tronconique 13 15 réunissant les parties 11 et 12. L'alimentation du brûleur se fait par embout transversal 20 associé au corps de brûleur à l'arrière de la partie 11» L'intérieur du corps 10 est subdivisé en trois cham--bres 30, 3*1 et 32 par deux cloisons 14 et 15 munies chacune 20 d'une ouverture centrale (14a, 15a) et d'orifices de passage de fluide (14b, 15"b)» La chambre "avant", 30, est délimitée à l'avant par un système gicleur constitué par une plaque 40 montée sur l'extrémité de la partie 11 à l'aide d'un écrou-chapeau 41, Le 25 gicleur est muni de deux couronnes d'orifices, 42 et 43, respectivement, disposées avec des diamètres différents autour de l'axe Aâ« L'embout 20 débouche dans la chambre médiane 31» les orifices de passage de fluide 14b et I5"b permettant le passage 30 du combustible amené par l'embout 20 de la chambre 31 aux deux autres chambres 30 et 32. La chambre "arrière" 32 est délimitée à l'arrière par une membrane 50 montée contre un épaulement annulaire interne 13a de la partie 13. Le serrage du bord externe de la membrane 35 50 contre l'épaulement 13a par l'intermédiaire d'un joint 51, est assuré par le rebord 61 d'un couvercle 60 vissé à l'intérieur de la partie 12. Le fond 62 du couvercle 60 est muni 71 15857 4 2135397 d'orifices 62a mettant en communication l'intérieur 63 du couvercle, à l'arrière de la membrane 50, avec l'atmosphère extérieure. En son centre, le fond 62 est muni d'une ouverture filetée 64 dans laquelle est montée une vis de butée 65, réglable en position et susceptible d'être bloquée par un contre-écrou 660 La vis 66 comporte à sa partie avant un évidement cylindrique axial 67« Une tige de commande 70 est associée, d'une façon connue en soi, à la membrane 50» cette tige comportant une partie "avant* de grand diamètre, 70a et une partie arrière filetée de plus faible diamètre 70b» La membrane est enfilée par une ouverture centrale 50a sur la partie 70b de la tige, et un écrou 71 coopérant avec la partie 70b, vient serrer, par l'intermédiaire d'un joint 72, le bord de l'ouverture 50a de la membrane 50 contre l'épaulement 73 séparant les parties 70a et 70b de la tige» L'extrémité de la partie 70b est engagée dans 1'évidement cylindrique 67, en pouvant y coulisser librement, le fond de 1*évidement 67 faisant "butée pour l'extrémité de 70bo Un ressort 80, travaillant à la compression est monté autour de 70b } ce ressort 80 prend appui d'une part, contre l'écrou 71» d'autre part contre l'extrémité "avant* 65a de la vis 65o La partie *avant* 70a de la tige de commande 70 peut coulisser dans les ouvertures centrales 14a et 15a qui lui servent de paliers» La série d'orifices 42 peut être obturée par un clapet 92 monté à l'extrémité d'une tige 92a vissée dans la partie avant de 70a» La série d'orifices 43 peut être obturée par un clapet 93 en forme de coiffe qui entoure le clapet 92 et est monté à coulissement sur la partie avant non filetée de la tige 92a. Des orifices 93& traversent le clapet 93 pour que ce clapet n'interdise jamais l'alimentation des orifices 42» Le clapet 93 est constamment repoussé à la fermeture, contre les orifices 43 par un ressort 94 enfilé sur la tige 92a et prenant appui contre un écrou 95 monté sur la partie 71 15857 5 2135397 filetée arrière de la tige 92a et bloqué par un contre-écrou 96. On voit finalement que le clapet 92 servant à obturer la première série d'orifices 4-2 est solidaire de la tige 70 5 susceptible de se déplacer en fonction de la déformation de la membrane contre l'action du ressort 80, dont la compression est réglable à l'aide de la vis 65. D'autre part, le clapet 93 est monté à coulissement sur la tige 92a, en étant toujours repoussé à la fermeture par le ressort 94 dont la compression 10 est réglable par 1*écrou 95. Enfin, un déplacement vers l'arrière de la tige 92a entraîne la venue en contact du clapet 92 et du fond du clapet 93 en forme de coiffe. Les orifices 14b et 15b des cloisons 14 et 15, ainsi que les orifices 93a ménagés dans le clapet 93» permettent une communication entre 15 les différentes zones des chambres 30, 31 et 32o Dans ces conditions, le fonctionnement du système est facile à comprendre. On décrira ci-après ce qui se passe lors de la montée de la pression d'alimentation du combustible pénétrant dans le brûleur par l'embout 20. 20 Dans la position initiale, qui est celle représentée à la figure 1, les deux clapets 92 et 93 sont en position de fermeture, le clapet 92 sous l'effet du ressort 80 qui repousse la tige 70 vers l'avant, et le clapet 93 sous l'effet du ressort 94. Lorsque le combustible liquéfié est introduit dans le 25 brûleur par l'embout 20, la pression monte simultanément"dans les trois chambres 30, 31 et 32. Pour une pression p,j, la membrane 50 se trouve repoussée vers la droite contre l'action du ressort 80, en entraînant la tige 70 solidaire de la tige 92a du clapet 92. Ce dernier s'écarte des orifices 42 qui sont 30 ainsi démasqués. Le combustible est projeté à l'extérieur à travers ces orifices. Quand la pression continue" d'augmenter, le débit continue d'augmenter selon la racine carrée de la pression. La membrane 50 et la tige 70 continuent de se déplacer vers l'arrière du brûleur. Pour une pression P2» le dé-35 placement atteint le point pour lequel le clapet 92 vient en butée contre le clapet 93» Le mouvement se poursuivant, le clapet 92 entraîne vers l'arrière le clapet 93 en démasquant 71 15857 6 2135397 les orifices 43. A partir de ce moment, le débit augmente brusquement, du fait que le combustible se trouve éjecté par les deux séries d'orifices 42 et 430 L'augmentation de pression et le déplacement vers l'arrière de l'ensemble 70, 92, 93, 5 peut se poursuivre contre l'action des deux ressorts 80 et 94, jusqu'au moment où la pression plafonne à une valeur p^ ou jusqu'à la venue en butée de la partie arrière de 70b dans le fond de 1'évidement 67» La figure 2 illustre la courbe de variation du débit 10 en fonction de la pression d'alimentation. On a porté en trait plein sur cette coupe la variation réelle, qui est influencée par les caractéristiques des ressorts, des clapets et des orifices associés aux clapets, et des différents effets de laminage qui se produisent notamment entre les orifices et leur cla-15 pet. On a figuré en traits tiretés la courbe théorique obtenue en supposant une ouverture franche des clapets sans effet de laminage. On a enfin représenté en pointillés fins les courbes de débit théoriques des orifices 42 supposés toujours ouverts (parabole inférieure), des orifices 43 supposés toujours ouverts 20 (parabole intermédiaire) et de l'ensemble des orifices 42 et 43 supposés toujours ouverts (parabole supérieure). On voit que la courbe théorique tiretée présente un saut lors de l'ouverture du clapet 93» En revanche, la courbe réelle montre une progression régulière, du fait du choix ju-25 dicieux des différents facteurs constructifs énumérés ci-dessus, notamment ceux dont dépend l'effet de laminage. Cela constitue une caractéristique importante de l'invention. Il importe de remarquer que la différence de diamètre entre 92 et 92a fait que le clapet 92 est soumis à la pression 30 interne qui le repousse à la fermeture. Il en est de même pour le clapet 93o Bien entendu celle-ci n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. En particulier, on pourrait utiliser plus de 35 deux séries d'orifices coopérant avec plus de deux clapets, télescopiquement assemblés l'un par rapport à l'autre et l'un étant susceptible d'entraîner le suivant. Des moyens de ferme 71 15857 7 2135397 ture d'urgence peuvent être prévus pour les orifices 62a en cas de rupture de la membrane 50 (par exemple des clapets de sécurité montés sur ces orifices). La membrane 50 pourrait être remplacée par un soufflet ou élément analogue. L'alimentation du brûleur pourrait se faire par l'arrière, soit par des canaux latéraux, soit par un canal axial ménagé dans la tige 70» 71 15857 8 2135397 EETETOICJlIIOHS 1) Un brûleur du type dans lequel un combustible est introduit à l'état liquéfié pour être projeté à l'extérieur par l'intermédiaire d'un gicleur, caractérisé en ce que son 5 gicleur est muni d'au moins deux séries d'orifices, en ce que chaque série d'orifices coopère avec un clapet d'obturation indépendant, et en ce que la position des différents clapets est commandée par le déplacement d'un organe actionné par la pression interne du brûleur de telle sorte que les différentes sé-10 ries d'orifices étant démasquées successivement et cumulative-ment, le débit du brûleur peut varier dans de larges limites. 2) Un brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différents clapets sont repoussés à la fermeture par des ressorts, et en ce que la force de ces ressorts, la 15 dimension des orifices et des clapets, la course de l'organe de commande en fonction de la pression, sont choisies de telle sorte que la montée en débit suive régulièrement la montée en pression du brûleur» 3) Un brûleur selon la revendication 2, caractérisé en 20 ce que les ressorts des différents clapets sont réglables» 4) Un brûleur selon l'une des revendications 1 à 3» caractérisé en ce que l'organe de commande est une tige accouplée à une membrane sensible à la pression interne» 5) Un brûleur selon la revendication 4, caractérisé en 25 ce qu'il comporte un clapet central solidaire de la tige de commande» 6) Un brûleur selon l'une des revendications 4 et 5» caractérisé en ce que la membrane est constamment repoussée contre l'action de la pression interne par un ressort réglable» 30 7) Un brûleur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un axe central de symétrie, en ce que la. tige de commande est disposée dans cet axe, en ce que les séries d'ouvertures sont des couronnes concentrique-ment disposées par rapport à cet axe, et en ce que les clapets 35 sont téléecopiquement montés l'un par rapport à l'autre con-centriquement à cet axe» 71 15857 9 2135397 8) Un brûleur selon l'une des revendications 4 à 7» caractérisé en ce qu'il comporte des chambres intercommunicantes séparées par des cloisons servant de paliers à la tige de commande. 5 9) Un brûleur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre avant cylindrique, une chambre centrale cylindrique comprenant l'arrivée de combustible et une chambre arrière évasée dont la paroi d'extrémité est constituée par la membrane précitéeo 10 10) Un brûleur selon l'une des revendications 7 à. 9» caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour isoler le corps du brûleur en cas de rupture de sa membrane.