Brevet FR2392243A1 — publié le 19781222

La pressente invention concerne un dispositif de carburation destiné notamment à utiliser en tant que carburant un mélange dthydro- carbures possédant un nombre d'atomes de carbone sensiblement compris entre S et 12 tel que du naphta. On connaît des dispositifs de carburation réalisant un dosage d'air et d'hydrocarbures optimal en vue de permettre la combustion d'un tel mélange. le tels dispositifs sont désignés couramment sous le nom de carburateurs lorsqu'ils sont utilises pour réaliser le mélange d'air et d'essence destiné à être introduit dans un moteur à combustion interne. Dans ces dispositifs de carburation connus, le circuit d'air comprend des moyens, tels qu'un venturi, pour réaliser une différence de pression entre deux lieux de ce circuit. Le circuit du carburant comprend des moyens pour injecter celui-ci dans le circuit d'air entre les deux lieux précités par exemple au voisinage du col du venturi. L'injection du carburant peut entre réalisée par gravité ou par 1'intermédiaire d'une pompe. Le débit du carburant est réglé le plus souvent au moyen d'une QUXQ. cuve à niveau constant. Ces dispositifs de carburation donnent entière satisfaction lorsqu'ils utilisent des mélanges d'hydrocarbures à nombre d'atomes de carbone voisins. Tel est le cas par exemple, pour l'essence qui est constituée essentiellement par un mélange d'hydrocarbures à 7 et à 8 atomes de carbone. Ainsi les dispositifs de carburation connus ne peuvent entre utilisés pour la combustion d'un carburant peu raffin, tel que le naphta, qui renferme des hydrocarbures dont le nombre d'atomes de carbone varie sensiblement entre 5 et 12. Or, en raison de son faible cotit, le naphta constitue un carburant de choix pour alimenter les bradeurs d'installations industrielles de chauffage, telles que les installations de concentration ou de distil- lation de produits chimiques, de séchage des peintures, d'émaillage, de vitrification et analogue. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvé- nients précites en réalisant un dispositif de carburation pouvant utiliser en tant que carburant un mélange d'hydrocarbures possédant un nombre d'atomes de carbone sensiblement compris entre 5 et 12, tel que du naphta. Le dispositif visé par l'invention comprend un circuit d'air comportant des moyens pour réaliser une différence de pression entre deux lieux de ce circuit et le circuit de carburant comprend des moyens pour injecter le carburant dans le circuit d'air entre les deux lieux précités. Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que le circuit d'air comprend en amont du lieu où le carburant est injecté dans le circuit d'air, un réchauffeur d'air pour amener le mélange air-carburant à une température supérieure au point de rosée de ce mélange et en ce que le circuit du carburant comprend un dégazeur Le fait que le réchauffe l'air amène le mélange air-carburant à une température supérieure a son point de rosée permet dféviter 13 condensation des hydrocarbures possédant un nombre d'atomes de carbone élevé. Par ailleurs, le réchauffeur permet de compenser la chute de températ e engendrée par la vaporisation du carburant lors de son injection dans le circuit d'air. D'autre part, le degazeur évite l'introduction dans le circuit du carburant de bulles gazeuses provenant des hydrocarbures légers et susceptibles de perturber considérablement 7'ecoulement du carburant dans le circuit correspondant. Le réchauffeur et le degazeur précités rendent par conséquent le dispositif de carburation conforme à l'invention apte à utiliser un mélange d'hydrocarbures légers et lourds, tel que le naphta. Selon une version préférée de l'invention, le circuit du carburant comporte une cuve à niveau constant et une chambre de dosage disposée entre cette cuve à niveau constant et le lieu où le carburant est injecté dans le circuit d'air, cette chambre de dosage comportant un orifice calibré d'entrée du carburant, une sortie reliée au lieu d'injection du carburant précité et une prise de pression reliée au circuit d'air au voisinage du lieu d'injection précité tandis que la cuve à niveau constant comporte une prise de pression reliée au circuit d'air en un lieu situé en amont du lieu d'injection précité. La fonction de cette chambre de dosage est de régler le débit du carburant proportionnellement au débit de l'air qui circule dans le circuit d'air. Ceci est obtenu grace à l'orifice calibré et au fait que la différence de pression comprise entre le lieu d'injection du carburant et un lieu situé en amont de ce lieu d'injection est repor tée entre la cuve à niveau constant et la chambre de dosage. On obtient ainsi un dosage optimum du mélange carburant-air. D'autres particularités de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble du dispositif de carburation conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à grande échelle de la partie centrale du venturi du dispositif de la figure I - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale à grande échelle de la chambre de dosage du dispositif conforme à l'invention. En référence au schéma de la figure 1, le dispositif de carburation comprend un circuit d'air 1 et un circuit de carburant 2 dans lequel circule un mélange d'hydrocarbures possédant un nombre d'atomes de carbone sensiblement compris entre 5 et 12, tel que du naphta. Le circuit d'air 1 comprend des moyens pour réaliser une différence de pression entre deux lieux du circuit. Ces moyens sont constitués dans cet exemple, par un ventilateur 3 disposé en amont d'un venturi 4. Le circuit de carburant 2 comprend des moyens pour injecter le carburant dans le circuit d'air 1. Dans l'exemple représenté, le carburant est injecté dans le col 5 du venturi 4 dans un sens inverse de celui de la circulation de l'air, au moyen d'un gicleur 6 (Voir également figure 2). Entre le ventilateur 3 et le venturi 4 est disposée une vanne 7 permettant de régler le débit d'air. Conformément à l'invention, le circuit d'air 1 comprend en amont du lieu d'injection du carburant c'est-à-dire en amont du venturi 4, un réchauffeur d'air 8. Dans cet exemple, le réchauffeur d'air 8 est constitué par une cheminée entourant le circuit d'air 1 et comportant une entrée 9 et une sortie 10 pour la circulation d'un fluide chaud 11, tel que de la vapeur d'eau. Le réchauffeur d'air 3 porte l'air à une température telle que le mélange air-carburant dans le venturi 4 présente une température supérieure au point de rosée de ce mélange. Suivant l'invention, le circuit du carburant 2 comporte d'autre part, un dégazeur 12. Dans l'exemple représenté, ce dégazeur 12 est constitué par un récipient de stockage du carburant ouvert à sa par tie supérieure. Le niveau du carburant dans ce récipient est maintenu constant au moyen d'un flotteur 13 commandant la vanne 14 située en amont de l'entrée 15 du carburant. On voit d'autre part, que l'entrée 15 du carburant ainsi que la sortie 16 sont situées à la partie inférieure du récipient 12 et sont opposées l'une par rapport à l'autre. Entre cette entrée 15 et cette sortie 16 est disposée une cloison médiane 17 s'étendant entre le fond 18 du récipient 12 et un niveau inférieur au niveau 19 du carburant contenu dans le récipient 12. La cloison 17 constitue par conséquent une chicane qui oblige le carburant introduit en 15 de passer à proximité de la surface 19 avant d'être évacué en 16. Sur le schéma de la figure 1, on voit d'autre part que le circuit du carburant 2 comporte une cuve à niveau constant 20 et une chambre de dosage 21 disposée entre cette cuve 20 et le lieu où le carburant est injecté par le gicleur 6 dans le venturi 4. Le niveau du carburant contenu dans la cuve 20 est maintenu constant au moyen d'un flotteur 22 commandant l'arrivée du carburant par la vanne 23. Dans la réalisation de la figure 3, la tubulure 24 d'entrée du carburant débouche dans la chambre de dosage 2t au moyen d'un orifice calibré 25, la tubulure de sortie 26 du carburant amenant le carburant à l'intérieur du venturi 4. La chambre de dosage 21 comporte d'autre part, une prise de pression 27 reliée au col 5 du venturi 4 au moyen d'une tubulure 28. Par ailleurs, la cuve à niveau constant 20 comporte une prise de pression 29 reliée au venturi 4 en un point 30 situé en amont du col 5 du venturi 4 c'est-à-dire en un lieu ou la pression de l'air est supé rieure à celle régnant au voisinage du col 5 du venturi 4. La différence de pression entre le point 30 et le lieu où la tubulure 28 débouche dans le col 5 est mesurée au moyen d'un manomètre 28a. Dans exemple de la figure 3, on voit en outre, que la sortie 26 du carburant de la chambre de dosage 21 s1 effectue à la partie inférieure de cette dernière, la prise de pression 27 étant située sur la partie supérieure de la chambre 21 et l'orifice calibré 25 débouchant horizontalement dans cette chambre 21 entre la prise de pression 27 et la sortie 26 du carburant. On voit de plus que la partie inférieure de la chambre de dosage 21 est entourée par un compartiment de ré chauffage 31 comportant une entrée 32 et une sortie 33 entre lesquelles peut cireuler un fluide chaud 34-tel que de l'eau chauffée à une température comprise entre 20 et 70 C. Cette température peut être mesurée au moyen de la sonde thermométrique 34a. Les tubulures d'entrée 24 et de sortie 26 du carburant baignent dans le fluide chaud 34 tandis que la partie supérieure de la chambre 21 y compris la prise de pression 27 est située en dehors du compartiment 3t. Sur la figure 1, la chambre de dosage 21 est de plus, associée à des moyens pour régler la hauteur H de cette chambre 21 relativement au niveau du liquide dans la cuve à niveau constant 20. Ces moyens sont constitués par une coulisse verticale 35 fixée à la chambre 21 au moyen d1un bras 36 comportant une pince 37 maintenant la coulisse 35 par l'intermédiaire dtune vis de réglage 38. Les tubulures 24, 26 et 28 sont à cet effet, flexibles. Le réglage du débit du carburant est arrangé de manière à ce que le niveau du gicleur 25 soit supérieur à celui du liquide dans la cuve à niveau constant 20, au moyen du positionnement de la chambre de dosage 21 par le coulisseau 35. La vanne pointeau 39 permet d'ajusteur le débit à la valeur souhaitée (voir figure 3). Ce débit peut être mesuré au moyen du débit mètre 40 situé en amont du siphon 41 qui est relié à la tubulure 26. On va maintenant détailler les effets techniques du dispositif de carburation conforme à l'invention. Grâce au réchauffeur dlair 8 dans lequel circule de la vapeur d'eau, l'air propulsé vers le venturi 4 au moyen du ventilateur 3 arrive au niveau du col 5 du venturi 4 à une température supérieure au point de rosée du mélange air-carburant réalisé à ce niveau. On évite ainsi tout risque de condensation des hydrocarbures lourds contenus dans le carburant, et qui serait engendrée par l'abaissement de la température résultant de la vaporisation du carburant. On élimine de ce fait toute perturbation de fonctionnement pouvant etre créée dans le venturi 4, lors de l'utilisation d > un carburant tel que le naphta renfermant des hydrocarbures dont le nombre d'atomes de carbone peut atteindre 12. Grâce au dégazeur 12 disposé sur le circuit du carburant 2, on élimine du carburant, les hydrocarbures légers tels que le butane, le pentane et leurs isomeres. On évite ainsi la formation au sein du carburant de bulles gazeuses susceptibles de perturber ltécoulenent du carburant dans les ffrentes canalisations et par suite dlaffec- ter le dosage air-carburant. La chambre de dosage 21 permet d'autre part, de régler le débit du carburant en fonction du débit de l'air circulant à travers le venturi 4. Ceci est obtenu grâce à l'orifice calibré 25 et au report entre la chambre de dosage 21 et la cuve à niveau constant 20 de la différence de pression comprise entre le lieu d'injection du carburant dans le col 5 du venturi 4 et un lieu 30 situé à l'entrée du venturi 4. Le débit du carburant est ainsi proportionnel à la différence de pression précitée qui dépend du débit de flair envoyé dans le venturi 4. Les réglages préliminaires du débit de carburant peuvent etre réalisés en ajustant au moyen de la coulisse 35 la hauteur R de la chambre de dosage 21 relativement au niveau de liquide dans la cuve à niveau constant 20 ou encore en agissant sur la vanne pointeau 39. Une fois ces réglages effectués, il suffit d'agir sur la vanne 7 de commande du débit d'air du ventilateur 3 pour obtenir à la sortie du venturi 4 un débit prédéterminé du mélange air-carburant dosé dans les proportions optimales. Le compartiment de réchauffage 31 de la chambre de dosage 21 a pour but de réchauffer le carburant après son refroidissement provoqué lors de sa mise en contact avec l'air libre dans le dégazeur 12.Ce réchauffage évite la solidificatsson des fractions lourdes du carburant susceptibles de perturber le débit du carburant et voire même d'obstruer l'orifice calibré 25. Par ailleurs, la structure de la chambre de dosage 21 et notamment la disposition prévue à la figure 3 de la prise de pression 27 par rapport à la tubulure d'entrée 24 du carburant permettent un report de pression correct et d'éviter tout risque drintroduction de carburant dans la prise de pression 27. Le dispositif de carburation que l'on vient de décrire a été testé dans une installation de concentration d'acide sulfurique comportant comme moyens de chauffage une série de bradeurs radiants alimentés par un mélange d'air et de naphta. L'expérience a montré que la combustion du mélange précité s1 effectuait dans les bradeurs précités avec une parfaite régularité, et par suite dans des conditions économiques très avantageuses en raison du coût relativement faible du naphta. 0n donne ci-après à titre d'exemple les caractéristiques numériques principales d'un dispositif de carburation conforme à l'invention - diamètre du col du venturi 4 : ............... 40mm - différence de pression entre l'entrée et le col du venturi 4 : ..................... 200 à 400 mm CE - débit d'air : ......................... 250 à 350m3/w - débit de naphta : ....................... 30 à 42 l/H - xcès d'air : - elmensions de la cAamore de dosage 21 (sans le compartiment de réchauSBage 31) hauteur : ...................... 12cm diamètre à la base : .......... 12cm - température du fluide de réchauffage de la chambre de dosage 21 : ................. 20 à 4003 - temps de séjour du naphta dans le dégazeur 12 : ..................................... supérieur à fOmn. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi le venturi 4 pourrait être remplacé par un diaphragme, Par ailleurs, le réchauffeur d'air 8, le venturi 4, la cuve à niveau constant 20 et la chambre de dosage 21 pourraient encore être assemblés les uns avec les autres pour former un dispositif compact. Alternativement, le réchauffeur 31 pourrait être séparé de la chambre de dosage 21 et disposé en amont de celle-ci. ;SEYE2KDICATIONS 1. Dispositif de carburation destiné notamment à utiliser en tant que carburant un mélange d'hydrocarbures possédant un nombre d'atomes de carbone sensiblement compris entre 5 et 12, tel que du naphta, ce dispositif comprenant un circuit d'air comportant des moyens pour réaliser une différence de pression entre deux lieux de ce circuit et un circuit de carburant comportant des moyens pour injecter le carburant dans le circuit d'air entre les deux lieux précités, caractérisé en ce que,he circuit d'air comprend en amont du lieu où le carburant est injecté dans le circuit d'air, un réchauffeur d'air pour amener le mélange air-carburant à une température supérieure au point de rosée de ce mélange et en ce que le circuit du carburant comprend un dégazeur. 2. Dispositif de carburation conforme à la revendication 1, dans lequel le circuit du carburant comporte une cuve à niveau constant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, une chambre de dosage disposée entre la cuve à niveau constant et le lieu où le carburant est injecté dans le circuit d'air, cette chambre de dosage comportant un orifice calibré d'entrée du carburant , une sortie reliée au lieu d'injection du carburant précité et une prise de pression reliée au circuit d'air au voisinage du lieu d'injection précité et en ce que la cuve à niveau constant comporte une prise de pression reliée au circuit d'air en un lieu situé en amont du lieu d'injection précité. 3. Dispositif de carburation conforme à la revendication 2 caractérisé en ce que la sortie du carburant de la chambre de dosage est située à la partie inférieure de cette chambre, en ce que la prise de pression est située sur la partie supérieure de cette chambre et en ce que l'orifice calibré débouche dans cette chambre entre la prise de pression et la sortie du carburant. 4. Dispositif de carburation conforme à l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la chambre de dosage est associée à des moyens pour régler la hauteur de cette chambre relativement au niveau dans la cuve à niveau constant. 5. Dispositif de carburation conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la chambre de dosage est entourée au moins en partie par un compartiment de réchauffage du carburant au moyen d'une circulation de fluide chaud 6. Dispositif de carburation conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la chambre de dosage comprend en outre, une vanne de réglage du débit du carburant, placée en amont de l'orifice calibré. 7. Dispositif de carburation conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens pour réaliser une différence de pression entre deux lieux du circuit d'air sont constitués par un venturi, caractérisé en ce que le réchauffeur d'air est constitué par une chemise dans laquelle circule un fluide chaud, cette chemise entourant le circuit d'air et étant fixée en amont du venturi. 8. Dispositif de carburation conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dégazeur est constitué par un récipient ouvert à sa partie supérieure et comprenant à sa partie inférieure une entrée et une sortie du carburant opposées l'une de l'autre, une cloison étant disposée entre cette entrée et cette sortie et s'étendant entre le fond du récipient et un niveau inférieur à celui du carburant contenu dans ce récipient. 9. Dispositif de carburation conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la tubulure reliant la sortie de la chambre de dosage au lieu d'injection du carburant dans le circuit d'air comporte un siphon.