Brevet FR2213469A1 — publié le 19740802

L'invention concerne une chaudière, de préférence de section circulaire, à brûleur à pulvérisateur sous pression de mazout, disposé dans l'axe de la chaudière et dont le gicleur est entouré d'une chemise d'arrivée d'air, ladite chaudière comprenant au moins deux chemises d'eau coaxiales à la chambre centrale du brûleur et entre lesquelles se trouvent des carneaux qui débouchent dans une chambre collectrice située du côté de la chaudière qui est opposé au brûleur. Une chaudière connue de ce type décrite dans le brevet allemand NO 1 118 428 et qui est verticale est destinée à empêcher la corrosion par élimination des dépôts de produits de condensation sur la paroi qui entoure la chambre de combustion. Aucun des brûleur à mazout de ce type de chaudière verticale de l'art antérieur n'ayant pu totalement éliminer la formation de produits de condensation, cette chaudière comprend un carneau spécial de fumées combiné avec un bouchon de drainage disposé à l'emplacement le plus bas du fond de la chambre de combustion et par lequel les produits de condensation qui se sont formés dans la chambre collectrice des fumées peuvent stégoutter. Les chaudières connues ont l'inconvénient que la pulvérisation du mazout et la vitesse d'arrivée de l-'air doivent concorder exactement avec le tirage de la cheminée à ltemplacement de montage de la chaudière pour que la flamme ait la possibilité de s'allumer. Pour que la flamme puisse rester à une faible distance au-devant du gicleur, il est nécessaire que la vitesse de sortie de l'air de la tête du brûleur soit suffisamment basse pour qu'elle ne dépasse jamais la vitesse d'allumage du mélange d'air et de mazout. Ainsi, la flamme brGle sensiblement au milieu de la chambre de combustion et forme de manière classique du carbone élémentaire (noir de fumée). Le noir de fumée entraîne par les fumées se dépose sur les chemises d'eau et diminue le facteur de transmission de chaleur. Le noir de fumée est évacué à l'atmosphère ambiante et pollue donc l'air. L'invention a pour objet une chaudière à foyer au mazout du type mentionné, qui est perfectionnée de manière que son installation soit pratiquement totalement indépendante du tirage particulier de la cheminée et dont la capacité de chauffage soit améliorée à encombrement égal. Selon une particularité essentielle de la chaudière de l'invention, la -tête du brûleur comporte devant le gicleur qui pénètre dans la chambre de combustion une cavité axiale qui est fermée du côté de l'arrivée del'air et cette tête est équipée d'un dispositif destiné à créer une dépression devant le gicleur et dans ltaxe de la chaudière et qui entoure coaxialement ladite cavité, ce dispositif conférant à l'air un mouvement giratoire dont la vitesse est supérieure à celle d'allumage du mélange d'air et de mazout, la chambre de combustion ayant un diamètre intérieur qui est supérieur à celui de ladite cavité de la tête du brûleur de manière que la vitesse d'allumage du mélange d'air et de mazout soit atteinte le long de la chemise intérieure d'eau qui l'entoure, le fond de la chambre de combustion comportant un orifice qui relie cette dernière à ladite chambre collectrice des fumées. Le mode de fonctionnement de cette dhaudière part des principes suivants. Le gicleur du brûleur pulvérise le mazout qui arrive sous pression. Les gouttelettes de mazout provenant de cette pulvérisation parviennent derrière l'orifice du gicleur immédiatement dans la zone en dépression crée par le générateur de mouvement-giratoire, cette zone pouvant entre très simplement stabilisée sur une grande longueur axiale par un choix convenable de la vitesse d'arrivée de l'air et par la constitution convenable du générateur de mouvement giratoire qui est constitué par exemple d'ailettes directrices inclinées sous un angle d'environ 450 sur l'axe du gicleur.L'air forme alors un tourbillon concentrique à l'axe de la cavité et dont la vitesse est supérieure à celle d'allumage du mélange d'air et de mazout devant être ultérieurement allumé. La zone en dépression créée devant le gicleur abaisse la température d'ébullition des gouttelettes de mazout explusées dans cette zone par pulvérisation. Le réglage convenable du mouvement giratoire permet de créer au centre du tourbillon, auquel les vitesses sont les plus élevées, une dé pression suffisante pour que toutes les gouttelettes de mazout qui quittent le gicleur soient instantanément vaporisées. Cette vaporisation du mazout avant et pendant son mélange à l'air doit impérativement subsister pour que la combustion suive son cours avantageux recherché. Il suffit que la pression adoptée à laquelle l'air arrive soit suffisamment élevée pour que le tourbillon qu'il forme subsiste aussi à l'extérieur de la tête du brûleur. Le diamètre intérieur de la chambre de combustion étant notablement supérieur à celui de la cavité située devant le gicleur du brûleur -il est par exemple 6,5 fois plus grand que le diamètre intérieur de cette cavité- les pressions varient dans le milieu du tourbillon. Les forces centrifuges préalablement créées dans le milieu du tourbillon projettent la vapeur captée de mazout dans les zones tourbillonnaires extérieures dans lesquelles la pression de l'air est supérieure et il se produit une condensation de la vapeur de mazout. Cette condensation forme un fin brouillard qui se mélange à l'air dans un rapport pratiquement idéal.Chaque tourbillon ayant dans les zones extérieures une vitesse plus faible que dans le milieu, ce brouillard de mazout et d'air atteint finalement la vitesse d'allumage qui assure une combustion stable de la flamme. La zone tourbillonnaire correspondante étant limitée extérieurement sur l'aie de la chaudière par la cloison de la chambre de combustion, donc par la chemise intérieure d'eau, il se forme le long de cette dernière une flamme annulaire plus ou moins longue dont le centre est donc formé par une zone de dépression. Cette flamme brûlant directement sur la chemise intérieure d'eau, celle-ci la stabilise, de sorte que le réglage mutuel convenable des différentes grandeurs influant sur'la combustion permet de conférer à la chaudière une indépendance totale par rapport au tirage de la cheminée au lieu de son installation. La flamme brûlant directement sur la chemise intérieure d'eau, le coefficient de transfert de chaleur est relativement élevé. La capacité de chauffage est donc supérieure' à celle des chaudières connues. La capacité supérieure de chauffage provient.aussi lu fait que des fumées relativement froides sont aspirées en continu par l'orifice du fond de la chambre collectrice et sont remises en circulation dans la chambre de combustion, ces fumées repoussant la flamme annulaire en contact très intensif avec la chemise intérieure d'eau. L'orifice du fond de la chambre désintègre rapidement l'onde de choc produite par l'allumage de la flamme. Il est préférable que la pointe de la flamme soit située à distance du fond de la chambre afin que les fumées puissent être mieux déviées dans les carneaux situés entre les deux chemises d'eau et dès que la flamme brûle, l'orifice du fond la stabilise, car il maintient avec l'aide de la chambre collectrice la dépression au centre de la flamme annulaire tourbillonnaire à une valeur qui assure le maintien de la vitesse d'allumage à une vitesse constante. Il a pu être prouvé que dans une chaudière selon l'invention, qui a été réalisée, il est possible d'atteindre sans difficulté des coefficients de transmission de chaleur de l'ordre de 30 000 kcal/m2. Il a par ailleurs pu être observé que la flamme annulaire- a une couleur bleue à peine perceptible et qu'elle brûle en ne dégageant absolument aucune suie. L'invention sera décrite plus en détail à titre d'exemple en regard du dessin annexé sur lequel la figure 1 est une coupe axiale schématique d'une chaudière selon l'invention ; et la figure 2 est une coupe axiale à échelle fortement agrandie de la tête du brûleur entourée par un cercle en traits mixtes sur la figure i. La chaudière portant la référence générale 1 comprend une chemise intérieure 2 et une chemise extérieure 3 d'eau qui sont concentriques à la chambre centrale 4 de combustion qui est de section circulaire. Cette chaudière peut être soit verticaless soit horizontale. Un brûleur 7 à pulvérisateur sous pression de mazout et dont la t8te 8 pénètre dans la chambre 4 est fixé dans l'axe 5 de la chaudière sur un couvercle vissé 6. Les fumées dégagées par la flamme allumée sont déviées à une certaine distance du fond 9 de la chambre pour être renvoyées vers le brûleur et parvenir ensuite par les carneaux situés entre les deux chemises 2 et 3 d'eau dans une chambre collectrice 10 qui est raccordée à la cheminée au lieu d'installation de la chaudière. L!eau qui arrive par un raccord 11 dans la chemise intérieure 2 et qui ressort de la chemise extérieure par un raccord i? est ainsi chauffée. La chaudière telle que décrite ei-dessus correspond aux modes de réalisation de l'art antérieur. La chaudière de l'invention diffère cependant de ceux-ci par la tête 8 du brûleur représenté sur la figure 2 et par un orifice 13 réalisé au centre du fond 9 de la chant bre. La tQte 8 du brûleur comprend un gicleur classique 14 qui peut être réglable axialement. Une chemise 15 d'air équipée d'ailettes directrices 16 entoure le gicleur 14. Les ailettes directrices 16 sur lesquelles passe l'air qui arrive dans la direction de la flèche 17 sont inclinées d'un angle d'environ 450 sur l'axe 5' du gicleur 14. L'axe 5' coïncide avec l'axe 5 de la chaudière. Les ailettes directrices 16 constituent ainsi un générateur de mouvement giratoire qui crée un tourbillon d'air concentrique à l'axe 5, 5' et dont le milieu forme une nette zone dépressionnaire. Cette zone en dépression pénètre dans une cavité 18 située devant le gicleur 14 et fermée du coté de l'arrivée 17 de l'air. Le mazout pulvérisé en gouttelettes par le gicleur 14 s'évapore dans cette cavité 18. Dès que la vapeur de mazout quitte la tête 8 du brûleur, elle est projetée dans les zones tourbillonnaires extérieures, sa vitesse de sortie étant ainsi freinée avec formation simultanée de gouttelettes de condensation. Dès que la vitesse d'allumage est atteinte à proximité de la chemise intérieure 2 d'eau, la flamme peut s'allumer.Le générateur 16 de mouvement giratoire conférant encore à l'air un mouvement tourbillonnaire, une zone dépressionnaire est créée dans le milieu du tourbillon, mais est plus faible que celle de la cavité 18, car la chambre 4 de combustion a un diamètre plus grand. Cette zone médiane de dépression provoque une flamme annulaire lors de l'allumage du mélange de mazout et d'air, la "pointe" de cette flamme restant à distance du fond 9 de la chambre. L'onde de choc produite par l'allumage est soulagée par l'orifice 13 de la chambre colle trice 10. Dès que la flamme brûle, les fumées aspirées de la chambre collectrice 10 par l'orifice central 13 sont remises en circulation. Cette aspiration est d'autant plus forte que la dépression régnant au centre de la flamme annulaire est grande. Ces fumées réaspirées étant relativement froides, elles stabilisent la flamme annulaire c'est-àdire que les fumées qui se déplacent le long de la zone de dépression repoussent la flamme annulaire contre la chemise intérieure 2 d'eau. Il va de soi que diverses modifications peuvent Qtre apportées à la chaudière décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Chaudière de section de preférence circulaire à brûleur à pulvérisateur sous pression de mazout, ce brûleur étant disposé dans l'axe de la chaudière et son gicleur étant entouré par une chemise d'ar- rivée d'air et ladite chaudière comprenant au moins deux chemises d'eau coaxiales à la chambre centrale de combustion et entre lesquelles des carneaux sont disposés et débouchent dans une chambre collectrice située du côté de la chaudière qui est opposé au brûleur, ladite chaudière étant caractérisée en ce que la tête du brûleur comporte une cavité axiale fermée du côté de l'arrivée de l'air et située devant le gicleur qui pénètre dans la chambre de combustion et cette tête de brûleur comporte un dispositif qui entoure coaxialement ladite cavité et qui confère à l'air un mouvement giratoire dont la vitesse est supérieure à celle d'allumage du mélange d'air et de mazout de manière à créer une dépression devant le gicleur et dans l'axe de la chaudière, le diamètre intérieur de la chambre de combustion étant supérieur à celui de ladite cavité de la tête du brûleur de manière que la vitesse d'allumage du mélange d'air et de mazout soit atteinte le long de la chemise intérieure d'eau qui l'entoure, le fond de la chambre de combustion comportant un orifice qui relie cette dernière à ladite chambre collectrice. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre de l'orifice du fond est sensiblement égal au diamètre, mesuré à proximité de ce fond, de la zone de dépression devant être maintenue au centre de la flamme annulaire. 3. Chaudière selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la cavité de la tête du brûleur est entourée d'une cloison qui s'élargit sensiblement en cône vers l'orifice de cette tête. 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le générateur de mouvement giratoire est formé d'ailettes directrices dont la chemise d'air est équipée et qui sont inclinées sous un angle d'environ 450 sur l'axe du gicleur. 5. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la chemise d'arrivée d'air de la tette du brûleur se resserre sensiblement en arc approximativement au diamètre de ladite cavité. 6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications à à 5, caractérisée en ce que la section intérieure de la chambre de combustion est approximativement 6,5 fois plus grande que la section intérieure de ladite cavité de la tête du brûleur.