Brevet FR2417720A1 — publié le 19790914

L'invention concerne une tête mélangeuse pour bradeurs à hydrocarbures, en particulier à mazout, destinés aux petites puissances de chauffage, en particulier de 10 000 à 40 000 kcal/h avec des débits de combustible qui sont, en particulier, d'environ 1 à 4,5 kg/h, comprenant un tube dtenveloppe prolongeant le tube d'amenée d'air du brûleur ou de son ventilateur à air, ou faisant partie de ce tube, et un dispositif de retenue placé à l'intérieur du tube d'enveloppe, devant l'embouchure intérieure de celui-ci avec espacement et muni d'une ouverture centrale pour le passage d'air comburant primaire, une possibilité de passage d'air comburant secondaire étant prévue. Par ailleurs, on connut déjà plusieurs formes de t8tes mélangeuses de ce genre. lie dispositif de retenue est formé d'un disque simplement disposé coaxialement au tube d'enveloppe et dont le diamètre extérieur est nettement plus petit que le diamètre intérieur du tube d'enveloppe. lit interstice annulaire formé entre le bord extérieur du disque et la paroi intérieure du tube d'enveloppe établit la possibilité de passage d'air comburant secondaire. À une distance relativement courte derrière le disque de retenue décrit est disposée la buse de brûleur proprement dite, à travers laquelle le combustible estprojeté et pul Toutefois, la combustion résiduelle dans la chambre de combustion d'une chaudière placée à la suite comporte toujours des difficultés spéciales.Cela est déjà dûs en particulier, au fait que les chambres de combustion de différentes chaudières de différents fabricants sont naturellement de conception différente, de sorte que lton dispose, pour la combustion résiduelle, de chambres de combustion différentes, dont une tout au plus peut être conçue de façon optimale pour la combustion résiduelle. Etant donnée la conception différente des chambres de combustion, il s'établit dans celles-ci des écoulements différents qui influencent fortement la formation des flammes et perturbent notablement la combustion résiduelle.Un signe qui démontre bien que la qualité de la combustion résiduelle joue un rôle important, quelle que soit la tête mélangeuse antérieure que l'on utilise, est le fait que lorsqu'on tente d'effectuer la combustion résiduelle dans l'espace libre, donc sans chambre de combustion spécialement conçue, on arrive pratiquement à l'échec, étant donné que la flamme "lèche" vers le haut avec une forte formation de suie. Cela indique que les têtes mélangeuses connues ne jouent leur rôle que de façon très défectueuse. D'autre part2 dans les têtes mélangeuses connues, il existe un nouveau risque de mauvaise combustion globale, lorsque la combustion, qui n'est pas optimale même approximativement, conduit à des dép8ts sur le disque de retenue, ce qui fait que les conditions d'écoulement de l'air comburant primaire et secondaire peuvent être rendues moins bonnes au point que la formation de dépôts soit encore accélérée et que finalement, il se produise même une extinction définitive de la flamme. L'invention a donc pour but de modifier et de perfectionner la tête mélangeuse de l'espèce définie plus haut, de manière à obtenir des conditions de combustion optimales, et donc la possibilité d'utiliser un brûleur équipé de la tête mélangeuse selon l'invention en combinaison avec des chaudières comportant une chambre de combustion de conception différente. Pour résoudre ce problème, on propose une tte mélangeuse de l'espèce définie plus haut, caractérisée en ce qu'à l'intérieur du tube d'enveloppe est inséré un tube intérieur séparé de celui-ci par un espacement annulaire, et qui est fermé à son extrémité située vers le ventilateur, tandis que son autre extrémité libre est reliée à l'extrémité libre du tube d'enveloppe, de manière à fermer l'es- pacement annulaire, en ce que le dispositif de retenue est formé d'un disque présentant l'ouverture centrale éventuellement séparée par un espacement annulaire de la paroi intérieure du tube intérieur, celui-ci présentant des ouvertures de passage d'air comburant secondaire alignée s, de telle sorte que l'air comburant secondaire qui les traverse en sortant de l'espacement annulaire est dirigé vers le bord du dispositif de retenue, et en ce que dans la région de l'extré- mité fermée du tube intérieur, du côté du ventilateur, et en sa région de fermeture, sont prévues des ouvertures de passage d'air comburant primaire. La conception spéciale prévue, utilisant le tube intérieur fermé, du côté du ventilateur et relié par son extrémité libre à l'extrémité correspondante du tube d'enveloppe fournit, en outre, la possibilité de régler l'amenée d'air primaire, de sorte que le déroulement de la combustion peut effectivement être optimisé à tout moment par réglage approprié des quantités dtair comburant.L'espacement annulaire existant entre le tube intérieur et le tube d'enveloppe sert à acheminer l'air aux ouvertures de passage d'air comburant secondaire qui sont disposées de manière à diriger conyenable- ment cet air relativement au dispositif de retenue. lies ouvertures de passage d'air comburant primaire prévues à l'extrémité fermée du tube intérieur , du côté du ventilateur, qui peuvent aussi, bien entendu, être équipées d'un agencement supplémentaire servant à régler leur section effective de passage doivent toutefois, de préférence être maintenues toujours ouvertes, afin que par cette voie, une quantité minimale d' air comburant primaire puisse à tout moment être amenée. à la buse de brûleur ou au dispositif de disque de retenue. Par suite, le réglage éventuellement prévu dans cette région doit de préférence être seulement d'un type qui ne permette pas d'aller jusqu'à zéro. Par contre, le réglage des ouvertures de passage situées à 1,' extrémité du tube intérieur du côté du ventilateur peut être un réglage allant jusqu'à zéro, car selon l'état de fonctionnement, l'amenée d'air primaire par les ouvertures de passage mentionnées en premier lieu, situées à l'extrémité fermée du tube intérieur du c8té du ventilateur, suffit à la combustion primaire. La concep tion spéciale donnée selon l'invention à la tête mélangeuse conduit à des conditions d'écoulement telles, pour l'air comburant primaire et secondaire, que tout le combustible amené par la buse brûle sans résidu à l'intérieur du dispositif mélangeur formé par la tête mélan gueuse. Des formes et grandeurs différentes de la chambre de combustion ainsi que des conditions d'écoulement différentes et une pression différente dans les chambres de combustion sont sans influence sur la flamme. Cela a été démontré de façon particulièrement nette; -dans le cas considéré, par des expériences, dans lesquelles on fai sait fonctionner un brûleur équipé de la tête mélangeuse selon l'invention sans qu'il soit suivi d'une chambre de combustion de chaudière correspondante.Il vagit donc ici dtune combustion en atmosphère "libre", telle quton l'a aussi expérimentée pour déterminer l'efficacité de la conception spéciale de ce dispositif mélangeur. On a pu constater que la flamme brûlait de façon complètement propre, qu'il n'apparaissait pas d'odeur et qu'aucune partie du brouillard de combustible ntétait non plus pulvérisée latéralement. Ces conditions de combustion doivent être attribuées au fait que grâce à la conception de la teste mélangeuse selon l'invention, il s'établit des conditions et des vitesses d'écoulement telles de l'air comburant, qu'un bon mélange du brouillard de combustible pulvérisé par la buse et de l'air comburant est effectué, et que le mélange ainsi formé est stabilisé. La qualité du brassage et la stabilisation du mélange expliquent que l'on obtienne déjà une zone chaude à la racine de la flamme.Cela assure à nouveau un bon chauffage intérieur du tube intérieur ou du dispositif de disque de retenue, de sorte que l'air comburant secondaire passant par les ouvertures de passage prévues à l'extrémité libre du tube intérieur est préchauffé. Grâce à la qualité de la combustion obterue, on ne peut observer de dépôts ni sur le dispositif de disque de retenue, ni sur la paroi intérieure du tube intérieur. Un autre avantage très notable réside dans le fait que l'on peut régler la tête mélangeuse au maximum à la pression de la chambre de combustion, au moyen d'air comburant primaire réglable, de telle sorte que même avec des débits de mazout inférieurs à 1 kg/h, on obtient des valeurs maximales de combustion. Compte tenu du principe qui est à la base de ltinvertion et de quelques unes des mesures spéciales de perfectionnement prévues, on peut construire des têtes mélangeuses, qui peuvent être considérées comme effectivement optimales au moins pour l'utilisation pratique, et qui conviennent même à de grands débits de mazout. Ltin- vention est décrite plus en détail ci-après, à propos de deux modes d'exécution particuliers pris comme exemples et représentés par les dessins, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier exemple d'exécution, et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un deuxième exemple d'exécution, lies deux exemples d'exécution représentés comprennent, en principe, un tube d'enveloppe I, un tube intérieur 2 et un dispositif de retenue 3. lie tube d'enveloppe 1 peut être un prolongement ou une partie du tube d'amenée, au moyen duquel l'air comburant est amené d 'un ventilateur de brûleur placé en amont de la t8te mélangeuse. lie tube intérieur 2 est disposé concentriquement au tube d'enveloppe 1 avec un espacement annulaire 4, de telle sorte que les extrémités libres des deux tubes 1 et 2 sont reliées entre elles avec fermeture, de sorte que l'air amené par l'espacement annulaire ne peut pas sortir vers l'avant. Pour la sortie de l'air passant à travers l'espacement annulaire 4, ctest-à-dire de l'air comburant secondaire, des ouvertures de passage 5 sont prévues sur le tube intérieur 2 dans la région de l'extrémité antérieure ou libre, de telle sorte que l'air comburant secondaire passant par celles-ci est dirigé vers le dispositif de retenue 3. Pour favoriser la direction appropriée imprimée à ltair comburant secondaire par. les ouvertures de passage 5 convenablement alignées, des déflecteurs 6 également convenablement alignés peuvent autre prévus. Au lieu de ces déflecteurs 6 ou en plus de ceux-ci, on peut prévoir, d'autre part, une forme géométrique spéciale de l'espacement annulaire 4 dans la région de la liaison entre le tube d'enveloppe 1 et le tube intérieur 2, de manière à amener déjà l'air comburant secondaire, avec une direction appropriée, aux ouvertures de passage 5 ou à un interstice annulaire. Une forme géométrique appropriée de l'espace- ment annulaire 4 est indiquée en pointillé dans la partie gauche de la figure 1. A l'extrémité postérieure, donc du côté du ventilateur, le tube intérieur 2 est lui-m8me complètement fermé. Une ouverture est simplement prévue pour laisser passer la buse qui remplit d'ailleurs complètement cette ouverture, de sorte qu'il ne passe pas d'air par celle-ci. 'D'autre part, à cette extrémité fermée du tube intérieur 2 sont simplement prévues de petites ouvertures de passage d'air comburant primaire 7, uniformément distribuées sur la circonférence et dont la section est calculée de telle sorte qutenviron 5 à 15 % de la quantité totale d'air comburant stoechiométriquement néces saire peuvent passer au travers. Dans la région de l'extrémité du tube intérieur 2 située du côté du ventilateur sont, en outre, prévues des ouvertures de passage d'air comburant primaire 8 distribuées sur la circonférence du tube intérieur 2. Ces ouvertures 8 sont de grandeur telle, que les 3/4 environ au maximum de la quantité totale d1 air stoechiométriquement nécessaire peuvent passer au travers. Ces ouvertures 8 sont, d'autre part, réglables quant à leur section effective de passage, ce qui est assuré par une bague 9 disposée de façon règlable à l'extérieur du tube intérieur 2 et qui, telle qu'on la voit sur la figure 1, peut coulisser longitudinalement de manière à fermer partiellement ou complètement l'ouverture 8.Bien entendu, la bague 9 peut aussi être une bague réglable en direction circonférentielle et munie d'ouvertures appropriées qui, lorsqu'elles se superposent aux ouvertures 8, libèrent complètement ces dernières, tandis que dans une autre position, elles bouchent partiellement ou totalement les ouvertures 8. lie dispositif de retenue 3 se compose en principe d'un simple disque présentant une ouverture centrale pour le jaillissement du combustible pulvérisé par la buse et pour le passage au moins partiel d'air comburant primaire. Le disque de retenue 3 peut être séparé du tube intérieur 2 par un petit espacement annulaire 10 qui sert, à nouveau, à laisser passer un supplément d'air comburant primaire.En particulier, le bord extérieur du disque de retenue 3 peut présenter un rebord s'avançant en directio ie l'ex- trémité libre de la tête mélangeuse, de sorte que l'air comburant passant par l'espacement annulaire 10 n'écarte pas encore la formation de la flamme du disque de retenue 3, mais favorise la formation et la stabilisation de la flamme dans la région immédiatement voisine du disque de retenue 3. Llexemple d'exécution de la figure 2 correspond en principe à celui de la figure 1 et s'en distingue simplement par quelques détails. lie plus important de ceux-ci est que le tube d'enveloppe 1 est ici prolongé au-delà de l'extrémité libre du tube intérieur 2, avec formation d'un rétrécissement de section. Grâce à la région de prolongement correspondante il ou à la forme et à l'extension longitudinale spéciales de celle-ci, on peut arriver à optimiser davantage la formation de la flamme. Cela est important en particulier, lorsque le tube d'enveloppe 1 est réglable en direction longitudinale relativement au tube intérieur 2, de sorte qu'il peut se constituer entre le tube d'enveloppe 1 et le tube intérieur 2, en 12, un petit interstice annulaire, à travers lequel peut passer un supplément dtair, de manière à influencer la forme de la flamme et donc à stabiliser sa formation. -REVENDiCATiONS- 1. Tête mélangeuse pour brûleurs à hydrocarbures, en particulier à mazout, destinés aux petites puissances de chauffage, en particulier de 10 000 à 40 000 kcal/h avec des débits de combustible qui sont en particulier d'environ 1 à 4,5 kg/h, comprenant un tube d'enveloppe prolongeant le tube d'amenée d'air du brûleur ou de son ventilateur à air, ou faisant partie de ce tube, et un dispositif de retenue placé à l'intérieur du tube d'enveloppe, devant l'embouchure intérieure de celui-ci avec espacement et muni d'une ouverture centrale pour le passage d'air comburant primaire, une possibilité de passage d'air comburant secondaire étant prévue, tête caractérisée en ce qu'à l'intérieur du tube dtenveloppe est inséré un tube intérieur séparé de celui-ci par un espacement annulaire, et qui est fermé à son extrémité située vers le ventilateur, tandis que son autre extrémité libre est reliée à l'extrémité libre du tube d'enveloppe, de manière à fermer l'espacement annulaire, en ce que le dispositif de retenue est formé d'un disque présentant l'ouverture centrale éventuellement séparée par un espacement annulaire de la paroi intérieure du tube intérieur, celui-ci présentant des ouvertures de passage d'air comburant secondaire alignées, de telle sorte que l'air comburant secondaire qui les traverse en sortant de l'es- pacement annulaire est dirigé vers le bord du dispositif de retenue, et en ce que dans la région de l'extrémité fermée du tube intérieur, du côté du ventilateur, et en sa région de fermeture, sont prévues des ouvertures de passage d'air comburant primaire. 2. TQte selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures de passage d'air comburant prévues dans la région de l'extrémité du tube intérieur, du côté du ventilateur, ont une section de passage effective réglable. 3. tette selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les ouvertures de passage d'air comburant primaire prévues dans la région terminale du tube intérieur sont uniformément distribuées à la circonférence et que leur section de passage effective est calculée de telle sorte que la quantité d'air comburant primaire qui passe au travers représente 5 à 15 % de la quantité stoechiométriquement nécessaire. 4. Tette selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les ouvertures de passage d'air comburant secondaire prévues dans la région de l'extrémité libre du tube intérieur sont distribuées uniformément à 2a circonférence ou sont sous forme d 'interstice annulaire. 5. Téte selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisée en ce que le disque de retenue est disposé de façon réglable en direction longitudinale à ltintbrieur du tube intérieur. 6. T8te selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisée en ce que le disque de retenue est formé de lamelles placées obliquement et qu'entre leurs bords adjacents, pratiquement dirigés radialement, sont prévues des fentes de sortie destinées à une partie de l'air comburant primaire. 7. Teste selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la hauteur axiale des fentes de sortie du disque de retenue est de 0,6 à 0,8 mm. 8. Tête selon ltune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le rapport entre les aires de section des ouvertures de passage d'air comburant primaire et secondaire est tel que la quantité d'air comburant primaire représente 70 à 90 ffi de la quantité stoechiométriquement nécessaire. 9. Toute selon l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisée en ce que le tube intérieur est cylindrique partout ou bien est rétréci à l'extrémité antérieure.