Brevet FR2321664A1 — publié le 19770318

On sait que les brûleurs à gaz comportent souvent un mélangeur destiné à assurer un prémélange air-gaz, partiel ou total, qui est injecté par des buses, dans une chambre de combustion pour y être enflammé. Autour des buses, on peut faire également arriver, dans des proportions convenables, l'air comburant. Bien que ces dispositifs à combustible gazeux permettent généralement d'assurer de bonnes conditions d'inflammabilité et de combustion, ils sont cependant d'un prix de revient élevé en raison de leur relative complexité due à la nécessité de disposer notamment d'organes servant à réaliser le prémélange air-gaz. Cet inconvénient se retrouve dans des brûleurs à combustible liquide, par exemple à mazout, qui comportent en général des buses munies d'orifices, conçues de manière à subdiviser le liquide en petits jets auxquels la pression de fluide imprime un tourbillon. Ces brûleurs, dits à pulvérisation mécanique, permettent la pulvérisation et le mélange intime du combustible liquide avec l'air comburant grâce à un système de réglage qui entoure le brû- leur proprement dit. On emploie aussi des brûleurs à mazout comportant un dispositif de préchauffage du mazout, où la pulvérisation est obtenue par un jet de vapeur ou d'air comprimé ou par l'action de la rotation à grande vitesse d'une coupelle d'ou le combustible est projeté. La présente invention se propose de réaliser un brûleur à combustible fluide où le combustible et l'air comburant sont admis séparément dans la chambre de combustion sans avoir été préalablement mélangés avant inflammation. Selon l'invention, l'injection sous pression du combustible entraine un courant d'air comburant dans la chambre de combustion, évitant ainsi l'emploi d'organes d'entrainement servant à propulser l'air comburant dans cette chambre. On conçoit qutun tel brûleur soit particulièrement simple, peu onéreux, tout en présentant, néanmoins, des caractéristiques de combustion en tous points comparables aux dispositifs voisins de l'art antérieur. La présente invention a donc pour objet un brûleur à combustible fluide, ce brûleur comportant un injecteur servant à amener, sous une pression convenable, le combustible dans une chambre de combustion, caractérisé par le fait que l'orifice d'injection du combustible est diposésensiblement selon l'axe d'une chambre tubulaire de combustion ouverte à ses deux extrémités et au voisinage d'une extrémité de ladite chambre, et qu'un obstacle obturant partiellement la section de la chambre tubulaire de combustion, est disposé en vis-à-vis dudit orifice d'injection, l'obs- tacle et l'orifice d'injection étant écartés l'un de l'autre d'une distance réglable. Dans un mode préféré de réalisation du brûleur selon l'invention, l'injecteur de combustible est fixe alors que ltobs- tacle est déplaçable axialement, par rapport à l'orifice d'injection, à l'intérieur de la chambre de combustion ; l'obstacle est constitué d'un disque plein, disposé perpendiculairement à l'axe de la chambre de combustion et délimitant avec la paroi interne de celle-ci, un espace annulaire ; le disque a une relativement faible épaisseur et a le même axe que la chambre de combustion la chambre de combustion a une section circulaire et le disque est un disque circulaire ; le disque est positionné à l'intérieur de la chambre de combustion au moyen d'une équerre dont une branche, qui s'étend radialement par rapport à ladite chambre, est solidarisée, à son extrémité, avec le disque, par exemple par soudage et dont l'autre branche est fixée, de façon réglable, sur la paroi interne de la chambre de combustion ; la branche radiale de l'équerre se raccorde dans la zone centrale de la face du disque, qui n'est pas.disposée en vis-à-vis de l'orifice d'injection ; la branche de l'équerre, qui est fixée sur la paroi de la chambre de combustion, est solidaire d'une tige filetée qui s'engage à l'intérieur d'un trou oblong ménagé dans la paroi de la chambre de combustion, trou dont le plus grand axe s'étend parallèlement à l'axe de ladite chambre, le blocage de la tige filetée étant assuré par un écrou venant en appui sur les bordures du trou oblong précité ; dans le cas où l'axe de la chambre de combustion est sensiblement horizontal, ledit axe a, de préférence, par rapport à l'horizontale, une inclinaison de 2 à 100 environ pour que l'extrémité de la chambre, par où s'échappent les gaz brûlés, soit à un niveau plus élevé que l'autre extrémité. Si on désigne par D le diamètre intérieur de la chambre de combustion et par e la largeur (exprimée dans la même unité) de l'espace annulaire existant entre le disque et ladite chambre, on préfère que le rapport e/D soit compris entre 0,07 et 0,25 ; si l'on désigne par 1 la distance entre l'orifice d'injection et le disque (exprimée dans la même unité que D), on préfère que le rapport 1/D soit compris entre 0,10 et 1,2. ; si l'on désigne par h la distance entre l'orifice d'injection et la bordure de l'extrémité la plus voisine de la chambre de ---------------------------- combustion (exprimée dans la mamie unité que D), on préfère que h/D soit compris entre 0 et 0,25, l'orifice d'injection étant de préférence, à lteatérieur de la chambre tubulaire. Le brûleur à combustible gazeux ou liquide fonctionne comme suit : dans la chambre tubulaire de combustion on injecte, au travers de l'orifice d'injection, un courant de combustible en agissant sur une vanne de débit branchée sur le conduit d'alimentation de l'inJecteur. Ce courant de combustible a pour effet d'entrainer un courant d'air dans la chambre tubulaire ; le courant d'air ainsi créé, pénètre, autour de l'orifice d'injection, par l'ouverture de la chambre de combustion et se mélange par turbulence au combustible. I1 suffit, ensuite, d'enflammer le mélange (combustible-air comburant) par exemple, à l'aide d'une allumette ou à l'aide d'électrodes d'allumage de type classique. Une flamme de chauffe se forme dans la chambre tubulaire, entre l'orifice d'injction et le disque qui y est disposé en vis-à-vis. Les gaz brûlés en cours de combustion passent dans l'espace annulaire que définit le disque avec la paroi interne de la chambre de combustion, pour s'échapper, ensuite, par l'autre extrémité de la chambre de combustion. Sous l'effet de la combustion, la température du disque s'élève rapidement - cette augmentation étant d'autant plus rapide que le disque est avantageusement très mince Jusqutà une température à partir de laquelle le disque est susceptible de porter toute fraction gazeuse non encore brûlée à sa température d'inflammation.Ainsi, le disque favorise non seulement le mélange intime-de l'air comburant avec le combustible,- par la tur bulence.qu'il crée, mais encore la combustion complète de ce mélange. Pour opérer le réglage de la position relative du disque, qui est déplaçable axialement par rapport à l'orifice d'injection, en vue d'assurer une bonne combustion, on desserre suffisamment l'écrou de blocage pour pouvoir déplacer, à l'intérieur du trou oblong, la tige filetée solidaire de l'équerre de maintien du disque, jusqu'à l'obtention d'une position correcte, puis on serre l'écrou de blocage contre les bordures de l'évidement oblong pour immobiliser le disque dans la position choisie, correspondant à un réglage optimum de la combustion. I1 convient de noter la simplicité d'un tel brûleur dont le coût de fabrication est par conséquent très réduit. Dans le cas où le brûleur selon l'invention est utilisé pour la combustion d'un combustible liquide tel que du mazout par exemple, on peut équiper l'injecteur d'un-dispositif classique de préchauffage du mazout destiné à favoriser l'inflammation de ce combustible liquide. La présente invention a également pour objet une chaudière, notamment à eau chaude ou à bain d'huile , ladite chaudière comportant une enveloppe contenant le liquide que lton désire chauffer et étant caraetérisée par le fait qu'elle est équipée d'au moins un brûleur tel que ci-dessus défini, dont la chambre tubulaire de combustion est immergée à l'intérieur de l'enveloppe et débouche de part et d'autre de ladite enveloppe, la longueur de la chambre tubulaire étant suffisante pour que les gaz brûlés s'échappent, après avoir cédé leurs calories, par son ouverture d'évacuation sur laquelle se raccorde éventuellement une cheminée, au moins une sonde de température immergée dans ladite enveloppe étant connectée à un dispositif d'asservissement agissant sur une vanne branchée sur le conduit d'alimentation de l'injecteur. Dans le cas où ltenveloppe de chaudière contient de l'huile, on constate que le (ou les) brûleur(s) équipant ladite chaudière, permet(tent) d'éviter un chauffage local trop intense, susceptible d'entrainer un craking partiel de l'huile et de perturber ainsi le fonctionnement de l'installation. Lorsque lton utilise plusieurs braleurs poule chauffage d'une chaudière, on peut relier les injecteurs à une alimentation commune en combustible et, étant donné que les débits de chaque orifice d'injection sont sensiblement identiques, on peut prévoir un dispositif de réglage commun permettant de déplacer axialement l'ensemble des disques disposés à l'intérieur de chacune des chambres de combustion. La présente invention a enfin pour objet une cuisière à gaz o à combustible liquide, utilisée notamment pour chauffer ou cuire des aliments, caractérisée par le fait qu'elle est équipée d'au moins un brûleur tel que ci-dessus défini, dont la chambre tubulaire de combustion est disposée sensiblement verticalement et débouche du csté de son extrémité par où s'échappent les gaz brûlés, sur un support ajouré, sensiblement horizontal, servant éventuellement à supporter un récipient à chauffer, Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, deux modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement, en coupe axiale, un brûleur à combustible gazeux selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue de dessus du brûleur de la figure 1 ; et - la figure 3 illustre une application du brûleur des figures 1 et 2 au chauffage drune chaudière à eau chaude. En se référant notamment aux figures 1 et 2 du dessin, on voit que l'on a désigné par 1 dans son ensemble, un brûleur à combustible gazeux dans lequel le gaz combustible et l'air comburant sont admis dans une chambre de combustion 2, sans être prémélangés.La chambre de combustion 2 est constituée d'un simple tube cylindrique ouvert à ses deux extrémités, de 80 mm d'ouverture, dont la paroi présente une épaisseur de 5 mm. Un injecteur 3, de type usuel, sert à délivrer un courant de combustible gazeux à l'intérieur de la chambre de combustion 2. L'injec- teur 3 comporte intérieurement un canal d'alimentation 4 , une vanne (non représentée) permettant de régler à volonté le débit de gaz injecté.Le canal d'alimentation 4 débouche sur un orifice d'injection 5des,8 b 1,2nindediamètre, ayant le même axe que la chambre 2 et disposé au voisinage de son extrémité inférieure, à une distance de O a 10 mm de la bordure d'extrémité. La caractéristique essentielle du brûleur selon l'invention est l'agencement, à l'intérieur de la chambre de combustion 2 d'un disque 6 déplaçable suivant l'axe de la chambre, par rapport à l'orifice 5. Le disque 6 est réalisé en acier inoxydable ; il a un diamètre de 50 mm et une épaisseur de 0,05 à Inn. Ce disque, qui est disposé perpendiculairement à l'axe de la chambre de combustion 2 et qui a le même axe que cette chambre, obture partiellement la section de passage de ladite chambre. La paroi interne de la chambre 2 définit,avec le disque 6,un espace annulaire 7 au travers duquel peuvent s'écouler les gaz au cours du fonctionnement. Sur la face du disque 6, qui n'est pas disposée en vis-à-vis de l'orifice d'injection 5, et dans la zone centrale de ce disque, se raccorde, par soudage, l'extrémité de la branche 8 d'une équerre 9 servant à positionner de façon réglable, le disque 6 par rapport à l'orifice d'injection 5. L'autre branche 10 de l'équerre 9 est disposée parallèlement à l'axe de la cham bre 2 et contre la paroi interne de ladite chambre. Une tige filetée 11 est soudée, par l'une de ses extrémités, sur la branche 10 de l'équerre et s'étend parallèlement à la branche radiale 8 de l'équerre 9. Cette tige filetée s'engage à l'intérieur d'un trou oblong 12 ménagé dans la paroi de la chambre de combustion 2. Un écrou de blocage 13, qui coopère avec le filetage de la tige 11, permet de fixer la branche 10 de l'équerre contre la paroi de la chambre de combustion.Si 11 écrou de blocage 13 est desserré, la tige filetée 11 est susceptible de coulisser à l'intérieur du trou oblong 12 dont l'axe de plus grande longueur s'étend parallèlement à l'axe de la chambre 2 ; en agissant sur l'écrou de blocage, on peut donc écarter ou rapprocher le disque 6 de l'orifice d'injection 5, en lui faisant subir une translation. I1 est clair que d'autres organes de réglage constituant des équivalents mécaniques de ceux qui viennent d'être décrits, peuvent être également utilisés. La mise en oeuvre du brûleur 1, qui vient d'être décrit, s'effectue comme suit : on injecte dans la chambre de combustion 2 un courant de gaz qui s échappe par l'orifice 5. Ce flux de gaz entraine un courant d'air comburant qui pénètre, comme l'indiquent les flèches 14, à l'intérieur de la chambre tubulaire et se mélange par turbulence à l'intérieur de la chambre 2, entre l'orifice 5 et le disque 6. Pour provoquer l'inflammation du mélange gaz-air comburant, on introduit par exemple, dans la chambre de combustion, une allumette enflammée au voisinage de l'orifice d'injection 5 une flamme se crée aussitôt dans la zone de la chambre 2 située entre l'orifice d'injection 5 et le disque 6. Les gaz brûlés passent au travers de l'espace annulaire 7 pour s'échapper ensuite commel'indiquentîes flèches 15 par l'autre extrémité de la chambre de combustion. Etant donné la faible épaisseur du disque 6, ce dernier est très rapidement porté à une température élevée de sorte qu'au bout d'un temps de l'ordre de quelques secondes, le disque est susceptible de porter toute fraction gazeuse non encore brûlée à sa température d'inflammation. Ainsi, le disque 6 permet d'obtenir une combustion plus complète du mélange air-gaz pénétrant à l'intérieur de la chambre de combustion 2. Pour assurer une combustion optimum du mélange air-gaz, on effectue, s il y a lieu, comme ci-dessus décrit, le réglage de la position relative du disque 6 par rapport à I'orifice d'injec tion 5. Sur la figure 3, on a représenté une application du brûleur 1 au chauffage d'une chaudière à eau chaude. Etant donné que le brûleur 1, qui vient d'être décrit, se retrouve intégralement dans la chaudière à eau chaude de la figure 3, sa description ne sera pas reprise en détail, et tous les éléments correspondant à ceux de la réalisation des figures 1 à 2w ont été désignés par les mêmes références chiffrées que l'on a complétées par l'indice a. La chaudière à eau chaude, que l'on a représentée schématiquement en coupe à la figure 3, comporte une enveloppe 16 contenant l'eau que l'on désire réchauffer. Un conduit 17 d'alimentation en eau froide se raccorde à la partie inférieure de l'en- veloppe 16, alors qu'au tuyau 18 d'évacuation de lteau chaude, est branché à la partie supérieure de ladite enveloppe. La chambre de combustion 2a du brûleur est immergée dans l'eau que contient l'enveloppe 16 et débouche de part d'autre de cette enveloppe. Sur l'ouverture de la chambre de combustion, au travers de laquelle sont évacués les gaz brûlés, se raccorde une cheminée 19.L'axe de la chambre de combustion 2a, est inclinée, par rapport à l'ho- rizontale, selon un angle de 4 à 5 pour que l'ouverture d'évacuation des gaz brûlés soit à un niveau plus élevé que l'autre extrémité de la chambre de combustion. La longueur de la chambre de comb w tion 2a est calculée de façon que les gaz brûlés s'échappent par la cheminée 19 après avoir cédé la majeure partie de leurs calories. Une sonde de température 20 est immergée à l'intérieur de 11 enveloppe 16 et permet, par un dispositif de régulation classique (non représenté), d'agir sur le débit de gaz injecté, en fonction de la température de l'eau que l'on désire obtenir. Dans le cas d'une chaudière d'eau chaude de grande capacité, il est possible de disposer plusieurs braleurs,comme ci-dessus indiqué, pour chauffer le contenu liquide de l'enveloppe 16. Dans ce cas, on pourra avantageusement utiliser un conduit d'alimentation commun sur lequel se branchent les injecteurs 3a des différents brûleurs et également relier, par des conduits intermédiaires, les ouvertures d'évacuation des gaz brûlés à une cheminée principale. I1 est clair que les brûleurs selon l'invention, peuvent servir à d'autres chauffages indirects (c'est-à-dire sans contact entre les produits de la combustion et la masse à chauffer) par exemple à des chauffages d'un liquide tel que l'huile, d'une vapeur ou d'un gaz. On constate que de tels brûleurs, malgré leur simplicité de réalisation et d'installation, permettent un chauffage économique et uniforme de chaudières qui en sont équipées. I1 convient de souligner que les différents organes constitutifs du brûleur selon l'invention, sont des éléments faciles à réaliser et donc peu onéreux et que le brûleur permet d'assurer cependant une combustion souvent meilleure que celle qui peut être obtenue avec les dispositifs de l'art antérieur, de structure plus complexe et donc de prix de revient plus élevé. I1 est bien entendu que les modes de réalisation ci-dessus décrits ne sont aucunement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Brûleur à combustible fluide, comportant un injecteur servant à amener, sous une pression convenable, le combustion ble dans une chambre de combustion, caractérisé par le fait que l'orifice d'injection du combustible est disposé sensiblement selon l'axe d'une chambre tubulaire de combustion ouverte à ses deux extrémités et au voisinage d'une extrémité de ladite chambre, et qu'un obstacle obturant partiellement la section de la chambre tubulaire de combustion, est disposé en vis-à-vis dudit orifice d'injection, l'obstacle et l'orifice d'injection étant écartés l'un de l'autre d'une distance réglable. 2 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'injecteur de combustible est fixe alors que l'obs- tacle est déplaçable axialement, par rapport à l'orifice d'injection, à l'intérieur de la chambre de combustion. 3 - Brûleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'obstacle est constitué d'un disque plein, disposé perpendiculairement à l'axe de la chambre de combustion et délimitant avec la paroi interne de celle-ci, un espace annulaire. 4 - Brûleur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le disque a une épaisseur relativement faible et a le meme axe que la chambre de combustion. 5 - Brûleur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé Far le fait que la chambre de combustion a une section circulaire et le disque est un disque circulaire. 6 - Brûleur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que le disque est positionné à l'intérieur de la chambre de combustion au moyen d'une équerre dont une branche, qui stétend radialement par rapport à ladite chambre, est solidarisée, à son extrémité, avec le disque, par exemple par soudage et dont l'autre branche est fixée, de façon réglable, sur la paroi interne de la chambre de combustion, par exemple au moyen d'une tige filetée et d'un écrou de blocage. 7 - Brûleur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la branche radiale de l'équerre se raccorde dans la zone centrale de la face du disque qui n'est pas disposée en vis-àvis de l'orifice d'injection. 8 - Brûleur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que si l'on désigne par D le diamètre intérieur de la chambre de combustion et par e la largeur (exprimée dans la même unité) de l'espace annulaire existant entre le disque et ladite chambre, on préfère que le rapport e/D soit compris entre 0,07 et 0,25. 9 - Brûleur selon l'une des revendications 5 ou 8, caractérisé par le fait que si l'on désigne par l,la distance entre l'orifice d'injection et le disque (exprimée dans la même unité que D), on préfère que le rapport 1/D soit compris entre 0,10 et 1,2. 10 - Brûleur selon l'une des revendications 5, 8 ou 9, caractérisé par le fait que si l'on désigne par h la distance entre l'orifice d'injection et la bordure de l'extrémité la plus voisine de la chambre de combustion (exprimée dans la même unité que D), on préfère que h/D soit compris entre 0 et 0,25, I'orifi- ce d'injection étant, de préférence, à l'extérieur de la chambre tubulaire. 11 - Chaudière., notamment à eau chaude ou à bain dthui- le, ladite chaudière comportant une enveloppe contenant le liquide que l'on désire chauffer, caractérisée par le fait qu'elle est équipée d'au moins un brûleur selon l'une des revendications 1 à 10, dont la chambre tubulaire de combustion est immergée à l'intérieur de l'enveloppe et débouche de part et d'autre de ladite enveloppe, la longueur de la chambre de combustion étant suffisante pour que les gaz brûlés s'échappent, après-avoir cédé leurs calories,par l'ouverture d'évacuation sur laquelle se raccorde éventuellement une cheminée d'évacuation, au moins une sonde de température immergée dans ladite enveloppe, étant connectée à un dispositif d'asservissement agissant sur une vanne branchée sur le conduit d'alimentation de l'injecteur. 12 - Cuisinière à gaz ou à combustible liquide, utilisée notamment pour chauffer ou cuire les aliments, caractérisée par le fait qu'elle est équipée d'au moins un brûleur selon l'une des revendications 1 à 10, dont la chambre tubulaire de combustion est sensiblement verticale et débouche, du côté de son extrémité par où s'échappent les gaz brûlés, sur un support ajouré, sensiblement horizontal, servant éventuellement à supporter un récipient à chauffer.