Brevet FR2360044A1 — publié le 19780224

L'invention vise un procédé et un dispositif pour la pulvéri- sation mécanique des combustibles liquides à faible viscosité dans les brûleurs de chaudière ou similaires. Pour tous les combustibles usuels employés dans des brûleurs à pulvérisation mécanique, il est connu de faire passer le combustible sous pression à travers l'orifice d'un gicleur à la sortie duquel il est pulvérise en fines gouttelettes que l'on disperse ensuite dans un courant d'air comburant avant d'effectuer l'allumage. A l'entrée dans le gicleur, la viscosité du combustible correspond à celle d'un liquide assez visqueux ou très visqueux suivant les cas et se trouve comprise entre 5 et 25 centistokes environ. Dans le cas des combustibles lourds, l'état semi-liquide du combustible est obtenu par un réchauffage préalable amenant par exemple le fuel-oil leger à une viscosité voisine de 10 centistokes, le fuel lourd nO 1 vers 15-20 centistokes et le fuel lourd nO 2 vers 15-25 centistokes, les pressions correspondantes étant respectivement de l'ordre de 12-18, 20-25 et 25-30 bars. Dans le cas des combustibles à faible viscosité visés par l'invention, qui peuvent être le fuel-oil domestique défini par la réglementation française ou tout autre produit présentant des caractéristiques de fluidité et un domaine d'emploi similaires, l'état de fluidité désiré correspond sensiblement à la température ambiante. A titre d'exemple, on peut en effet indiquer que le fuel-oil domestique français présente une viscosité de 15 centistokes à 100C et de 5 centistokes à 300C. Dans ces conditions, l'expérience a prouvé que la pression d'arrivée au gicleur devait dans tous les cas être supérieure a 8 bars pour qu'une pulvérisation correcte du fuel-oil domestique puisse être obtenue et que les gouttelettes soient suffisamment fines et se mélangent d'une manière assez intime avec le courant d'air comburant pour que la combustion soit satisfaisante. Dans la pratique, on utilise des pressions comprises entre 8 et 12 bars. Des pressions aussi élevées présentent plusieurs inconvénients, parmi lesquels on peut citer les suivants - Les pompes et les canalisations des brûleurs sont d'un type compliqué et coûteux. Elles présentent des risques de fuite élevés et provoquent des appels de courant importants lors des réallumages. - Les orifices de gicleurs doivent être extrêmement fins. Pour les petites capacités en particulier, ces orifices sont narticulièrement difficiles à réaliser et présentent des risques élevés d'obstruction et d'érosion. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités et de permettre une bonne pulvérisation des combustibles de faible viscosité à basse pression et à l'aide d'orifices de diamètres sensiblement plus élevés que dans la technique connue. Suivant l'invention, le procédé pour la pulvérisation mécanique de combustibles liquides à faible viscosité tels que le fueloil domestique du marché français, suivant lequel on fait passer le combustible sous pression a travers l'orifice d'un gicleur, est caractérisé en ce que l'on chauffe le combustible à une tempé- rature de préchauffage suffisamment élevée pour que la viscosité devienne inférieure à 1,2 centistoke mais sans atteindre le point de première distillation du combustible. A la température élevée ainsi définie, les caractéristiques de pulvérisation du combustible se trouvent completement transformées par rapport aux caractéristiques usuelles et permettent de manière surprenante remployer une pression de refoulement basse sans compromettre la qualite de la pulvérisation, les gicleurs requis comportant des orifices très sensiblement élargis par rapport à ceux fonctionnant suivant les procédés connus. Suivant un mode d'exécution préféré du procédé, on utilise un système de régulation de la température de préchauffage commandé par un thermostat placé directement en amont du gicleur, et, pour une pompe et un gicleur donnés, on modifie le débit de combustible pulvérisé en agissant sur la température de préchauffage. Sans aucune transformation mécanique, on peut ainsi changer la puissance du brûleur, ce qui permet de mieux ajuster sa capacité thermique à celle de l'installation dans laquelle il est placé. En outre, on peut moduler en continu, en fonction des besoins, la chaleur produite dans une installation automatique. L'invention vise également un brûleur pour combustibles liquides à faible viscosité tels que le fuel-oil domestique du marché français, destiné principalement à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et comprenant une pompe de mise en pression du combustible refoulant dans un gicleur muni d'un orifice de pulvérisation. Ce brflleur est caractérisé en ce qu'il comprend également un réchauffeur de combustible d'une puissance suffisante Pour amener celui-ci à une température correspondant a une viscosité inférieure a 5 centistokes. Un tel brtleur réunit en un ensemble unique les différents dispositifs requis pour la mise en oeuvre du procédé et peut être agencé pour permettre des capacités calorifiques très faibles que les brûleurs connus atteignent très difficilement. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés a titre d'exemples non limitatifs, on a représente un mode de réalisation particulier du brûleur conforme a l'invention. La figure I est une vue schématique en élévation avec coupe suivant 1'axe du gicleur, de l'ensemble de ce brûleur, les organes d'alimentation en combustible et le système de régulation de la température de préchauffage étant représentés de façon symbolique la figure 2 est une vue agrandie du réchauffeur du bradeur de la figure 1, vu dans les memes conditions mais avec arrachements; la figure 3 est une coupe suivant III-III du réchauffeur de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de ce meme réchauffeur; la figure 5 est une coupe partielle suivant V-V du gicleur du bruleur des figures précédentes. Le brflleur 1 de la figure 1 comporte une pompe 2 de mise en pression du combustible liquide (fuel domestique français par exemple) couplée à un moteur 3 et refoulant ce combustible vers l'ori- fice 4 de pulvérisation d'un gicleur 5 d'axe X-X par l'intermédiaire d'une valve réaulatrice de pression 6 et d'un réchauffeur 9 d'une .arr-aessus puissance suffisante pour porter le combustible/de la température correspondant à une viscosité de 1,2 centistoke. La valve 6 est du type à pression réglable, les moyens de réglage étant schématisés par le bouton 7. L'orifice d'aspiration de la pompe 2 reçoit le combustible par une canalisation d'amenée 10 provenant par exemple de la citerne de stockage, et son orifice de refoulement est relié par une canalisation à la valve 6. Celle-ci comporte deux canalisations de sortie, une canalisation 11 d'amenée au réchauffeur 9 et une canalisation 12 de retour à la citerne. Suivant une réalisation Dreferée, la pression de sortie de la valve 6 peut être réglée entre 4 et 6 bars dans le cas ou le brûleur est destiné au fuel-oil domestique. Le gicleur 5 est placé à l'intérieur d'un conduit 13 d'air comburant alimenté par un ventilateur 14. Des électrodes d'allumage 15 sont placées au voisinage de l'orifice 4. Dans la réalisation représentée, le rechauffeur 9 est un réchauffeur de ligne de type classique qui comporte un axe X-X et a l'extrémité duquel est monté le gicleur 5. Dans la réalisation représentée, on a figure un réchauffeur commercialisé par la firme autrichienne KOENIG. Le réchauffeur 9 comprend une résistance chauffante périphé- rique 16 et un bulbe thermostatique axial 17 entre lesquels est placé concentriquement un tube épais 18 muni de cannelures longitudinales périphériques 19 fermées vers l'exterieur par une chemise 20. Du côté opposé au gicleur 5, les cannelures 19 communiquent a leur extrémité avec une chambre annulaire 24 (figures 2 et 3) ménagée à la périphérie du tube 18 et reliée à la canalisation d'alimentation 11. A leur autre extrémité, les cannelures 19 sont directement raccordées au gicleur 5. La résistance 16 est alimentee en courant électrique par I'intermédiaire d'un fusible 25, d'un interrupteur 26 commandé par le bulbe thermostatique 17 et d'un interrupteur de démarrage 27 qui est egalement relié au moteur 3 par l'intermédiaire d'un relais de temporisation 28. L'interrupteur 26 est couplé avec le bulbe 17 de telle manière que l'alimentation de la résistance 16 soit coupée lorsque la température du combustible dans le réchauffeur 9 dépasse une valeur de consigne pré-établie et soit rétablie lorsqu'elle redescend audessous de cette valeur. Des moyens de réglage, schématisés ici par un bouton 32, permettent de choisir la valeur de la température de consigne entre 1200C et 140 UC lorsque le combustible employé est du fuel-oil domestique. En fonctionnement, le combustible sous pression venant de la canalisation 11 circule le long des cannelures 19 jusqu'au gicleur 5 sous l'action de la pompe 2 et traverse l'orifice 4 dans lequel il est pulvérisé. I1 est réchauffé au cours de son passage dans les cannelures 19 par la résistance 16 Le système de régulation formé par le bulbe 17 et l'interrupteur 26 maintient en fonctionnement automatique la résistance 16 de maniere à stabiliser à la valeur de consigne la température de préchauffage du combustible à son arrivée au gicleur 5. Pour mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention a l'aide du brflleur qui vient d'être décrit, on règle la température de consigne de manière que la température de préchauffage à l'arrivée du gicleur 5 corresponde à une viscosité inférieure à 1,2 centistoke sans atteindre le point de première distillation du combustible. Dans le cas d'un fuel-oil domestique français qui commence a distiller vers 1800C, cette température peut avantageusement être comprise entre 1200C et 160wu. De préférence, on règle également la pression d'arrivée du combustible au gicleur 5 à une valeur comprise entre 4 et 6 bars, par exemple en agissant sur le bouton 7 de commande de la valve régulatrice 6. Pour cette température de combustible, la perte de charge correspondant a un débit massique donné du gicleur est beaucoup plus faible que lorsque le combustible se trouve à la température ambiante. De ce fait, le débit pulvérisé reste nettement plus élevé que celui du même gicleur dans les conditions habituelles du procédé connu, et ceci bien que la pression ait été réglée à une valeur sensiblement plus faible que la pression correspondant à ce procédé. Or, l'on constate de manière surprenante que la qualité de la pulvérisation obtenue est excellente malgré la faible valeur de la pression mise en oeuvre, alors que cette valeur est nettement inférieure à celle qui était jugéejusqu'ici nécessaire pour assurer une bonne combustion. Au contraire, la qualité de la flamme se trouve même améliorée, la constante de temps d'inflammation étant particulièrement courte. Par rapport aux procédés sans préchauffage, le procédé conforme a l'invention permet donc d'obtenir le même débit spécifique avec un orifice plus grand et une pression sensiblement réduite de moitié, ce qui simplifie et rend moins fragiles les appareillages de pompage tout en rendant considérablement plus faciles à résoudre les problèmes posés par les orifices de gicleurs. Pour les installations usuelles de chauffage, de petite et moyenne capacités, ces orifices doivent en effet être extrêmement fins, lorsqu'on utilise les procédés connus, et comporter un diamètre de tordre de quelques dixièmes de millimètre, ce qui présente plusieurs inconvénients - les risques d'obturation sont élevés, soit par les impuretés véhiculées par le combustible, soit par les dépôts qui se forment à l'armet par décomposition du combustible stagnant - la fabrication en grande série avec des tolérances suffisamment précises pour limiter les rebuts est très difficile et parfois pratiquement impossible - une érosion importante se manifeste, qui provoque une détérioration rapide des performances Dans le cas des petites capacités, comprises par exemple entre 0,8 et 1,6 kg de combustible à l'heure, le procédé permet d'utiliser des orifices de gicleurs de diamètres aisés à réaliser alors que, sans préchauffage, la réalisation des gicleurs nécessaires devient pratiquement impossible et leur utilisation peu sûre. A titre indicatif, un gicleur classique du type normalisé dit 1,9 litre/heure ne peut descendre au-dessous d'un débit minimum de 1,9 litre de fuel-oil domestique à l'heure sous 7 bars lorsqu'on n'utilise pas de préchauffage et la qualité de la pulvérisation est alors médiocre, la pression de 7 bars étant déjà inférieure à la limite de 8 bars indiquée ci-dessus. Au contraire, un tel orifice assure une pulvérisation satisfaisante pour un débit de 0,95 litre à l'heure sous 4 bars seulement lorsqu'on préchauffe le combustible à 1600C conformément à l'inven tion, ce qui constitue une amélioration considérable à la fois du point de vue du débit et du point de vue de la pression. Egalement, ltinvention permet de modifier la capacité d'un brûleur donné sans modification ni réglage mécanique par simple action sur la température de préchauffage régulée par l'ensemble de régiiiatkii précité,par exemple à l'aide du bouton 32 de l'interrupteur 26. Une augmentation de température provoque en effet une diminu tion de la viscosité du combustible traversant le gicleur 5. La pression de refoulement restant inchangée, le débit de combustible augmente en conséquence jusqu'a ramener au niveau voulu la perte de charge du gicleur 5. A l'inverse, lorsque l'on diminue la température de consigne, la viscosité augmente et le débit pulvérisé baisse. On constate donc que le procédé conforme a l'invention permet d'ajuster avec précision la capacité calorifique d'un brûleur aux besoins de l'installation utilisatrice. Les variations de capacité ainsi obtenues sont sensiblement plus larges que celles que l'on pourrait atteindre en jouant sur la pression de refoulement, car le débit d'un orifice ne varie que comme la racine carrée de la pression alors qu'il est une fonction directe de la viscosité. L'invention n'est pas limitée aux modes d'exécution du procédé et du dispositif qui viennent d'être décrits. En particulier, le réglage de la capacité calorifique par action sur la température de.préchauffage peut s'effectuer automatiquement et non pas manuellement, ce qui permet de réaliser des installations complètes automatisées optimisant la combustion en fonction des données extérieures. Par ailleurs, les dispositifs de pompage et de régulation de la pression du combustible, ainsi que les dispositifs de préchauffage et de régulation de la température peuvent être de tous types connus autres que ceux décrits. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la pulvérisation mécanique de combustibles liquides a faible viscosité tels que le fuel-oil domestique du marché français, suivant lequel on fait passer le combustible sous pression à travers l'orifice dsun gicleur, caractérisé en ce que l'on réchauffe le combustible a une température de préchauffage suffisamment élevée pour que la viscosité devienne inferieure à 1,2 centistoke mais sans atteindre le point de premiere distillatio du combustible. 2.- Procédé conforme a la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réchauffe le combustible entre 120ut et 1600C lorsque sa température de première distillation est voisine de 180UC. 3.- Procédé conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on comprime le combustible a une pression infe- rieure à 6 bars avant le gicleur. 4.- Procédé conforme a l'une des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que l'on réchauffe le combustible apres l'avoir comprimé. 5.- Procédé conforme a l'une des revendications 1 a 4, carac térisé en ce que l'on utilise un système de régulation de la température de préchauffage commandé par un thermostat placé direc tement en amont du gicleur. 6.- Procédé conforme à l'une des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que, pour une pompe et un gicleur donnes, on modifie le débit de combustible pulvérisé en agissant sur la température de préchauffage. 7.- Valeur pour combustibles liquides à faible viscosité, tels que le fuel-oil domestique du marché français, destiné principalement a la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 6 et comprenant une pompe de mise en pression du combustible refoulant dans un gicleur muni d'un orifice de pulvérisation, caractérisé en ce qu'il comprend également un réchauffe de combustible d'une puissance suffisante pour amener celui-ci à une température correspondant à une viscosité inferieure à 1,2 centistoke. 8.- Brûleur conforme à la revendication 7 et destiné plus particulièrement au fuel-oil domestique, caractérisé en ce que le réchauffeur de combustible comporte un système de régulation permettant de fixer sa température d' arrivée au gicleur à une valeur sensiblement comprise entre 1200C et 160 C. 9.- Brûleur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le système de régulation peut être ajusté manuellement pour fixer la température d'arrivée au gicleur a une valeur quelconque entre 1200C et 1600C. 10.- Brûleur conforme à l'une des revendications 7 a 9, caractérisé en ce que la pompe de mise en pression du combustible a une pression de refoulement peu élevée, comprise entre 4 et 6 bars.