Brevet FR2461891A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne d'une manière générale les brûleurs équipant les chaudières utilisées dans les installations de chauffage, plus particulièrement les brûleurs du genre fonctionnanc avec un combustible liquide On sait que les brûleurs du genre ci-dessus comportent un circuit d'air primaire, et un circuit de combustible liquide, qui aboutissent tous deu: à un injecteur dans lequel un mélange est formé qui est enflammé à la sortie dudit injecteur. Généralement le circuit de combustible, comporte une pompe apte à amener le combustible sous pression à l'injecteur, tandis que l'air primaire est généralement pulsé au moyen d'une turbine. Dans les brûleurs actuellement connus de ce genre, ou d'un genre analogue, le combustible doit nécessairement répondre à certaines caractéristiques de luidité, de pureté, afin que l'injec- teur puisse fonctionner as d bonnes conditions n d autres termes, pour un bon fonctionnement, on ne peut utiliser avec les brûleurs connus qu'un combustible approprié. La présente invention a pour objet un brûleur dont la structure est propre à permettre l'utilisation de combustibles liquides, semi-liquides, voire pâteux, par exemple des huiles de vidange, des produits lubrifiants non régénérables, chargés ou non d'abrasifs, tels que par exemple des huiles ayant servi pour lubrifier des piè- ces en cours d'usinage etc Un brûleur suivant 1 invention destine à équiper une chaudière se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend, en amont d'une tête de brûleur. une enceinte à niveau de combustible constant avec au dessus de ce niveau un volume d'air, un élément tubulaire plon- geant dans le combustible et qui est connecté à un circuit d'air primaire alimenté par ledit volume, un échangeur dans lequel circule un fluide chaud sous pression, cet échangeur étant place dans ladite enceinte en ayant un tronçon inférieur noyé dans le combus- tible et un tronçon supérieur qui s'étend dans ledit volume. Suivant une autre caractéristique de l'invention le fluide chaud sous pression en l'occurrence de l'air, est utilisé comme air secondaire ; il est chauffé en circulant dans un autre échangeur entourant la tête de brûleur, puis après avoir circulé dans l'échangeur placé à l'intérieur de l'enceint où il réchauffe si multanément le combustible, et le volume d'air situé au eSSUS qu niveau du combustible, cet air chaud sous pression est dirigé ver la tête de brûleur, et plus précisément au niveau d'un col de Venturi dans lequel débouche aussi l'orifice de sortie d'un tube à l'intérieur duquel s'effectue le mélange air primaire combustible. Des vannes convenablement disposées respectivement sur le circuit d'air primaire, d'air secondaire, et sur le circuit d'alimentation du combustible assurent, à volonté ,louver-;ure c' la fermeture des circuits. Les dispositions ci-dessus conduisent à une gazéification du combustible obtenue entre son point de mélange, avec l'air primaire et le Venturi, tandis que l'air secondaire crée au niveau du Venturi une turbulence dépressionnaire. La configuration d'un tel brûleur dépourvu de pièces mécaniques complexes, d'orifices calibrés, etc... permet d'utiliser comme combustible des produits de récupératIon, bon marché, ne nécessitant pratiquement aucun traitement préalable. On voit immédiatement les avantages qui peuvent être retirés d'un tel bradeur, parmi lesquels on peut citer une pollution pratiquement inexistante, notamment du fait de l'obtention d'une gazéification du combustible pratiquement complète avant sa mise à feu:; un entretien réduit au minimum en raison de l'absence de passages critiques sur le parcours du combustible; des frais d'exploitation réduits au minimum du fait de la nature du produit combustible; une construction simple et robuste dans laquelle les usinages fins sont, en pratique, réduits au Venturi ; un rendement calorifique élevé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre donnée à titre d' exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 illustre en perspective une forme de réalisation d'un bruleur conformément à l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale d'un tel bradeur et, la figure 3 montre à échelle agrandie le détail de la partie de brûleur indiquée en III à la figure 2. Suivant la forme de réalisation choisie et représentée aux fi gures, le brûleur selon l'invention comprend sur une platine de support schématisée en lo, un nez de bradeur 11, et espacée de celuici une enceinte 12 en communication par tubulure 13 avec un réservoir à combustible non représenté ici. Il peut être prévu, dans certains cas, où le combustible est par exemple pateux un dispositif de préchauffage interposé entre l'enceinte précitée 12 et le réservoir à combustible. L'enceinte 12 comprend un compartiment inférieur 12A à l'intérieur duquel est insérée une résistance de préchauffage 15 et elle forme au-dessus de ce compartiment, un volume dans lequel le combustible amené en 13 est maintenu à un niveau constant N de manière connue en soi. Au dessus du niveau du combustible l'enceinte 12 forme un volume 16 d'air primaire à la pression atmosphérique, qui est admis dans ce volume au moyen d'un trou calibré 17 de petit diamètre, ménagé dans un couvercle 18 obturant l'enceinte. En partie inférieure l'enceinte 12 est équipée d'un thermostat 19 connu en soi noyé dans le combustible. A l'intérieur de l'enceinte 12 est aussi disposé un échangeur 21 constitué par un tube enroulé à spires jointives qui est en partie supérieure raccordé par tubulure 21A à un autre échangeur 22 également réalisé en tubes à spires jointives entourant le nez de bradeur 11, cet autre échangeur étant lui-même connecté à travers une vanne manuelle 23 et une vanne magnétique 24, à une source d' air comprimé schématisée en 25. La dernière spire de l'échangeur 21, c'est-à-dire celle qui est située en partie inférieure du combustible est connectée à une tubulure 30 disposée entre l'enceinte 12 et le nez bradeur 11; cette tubulure 30 forme avec un tube 31 qui est coaxial une chambre annulaire32 dans laquelle l'air sous pression provenant de la source 25 est distribué, après passage dans les deux échangeurs respectivement 22 et 21. Cet air sous pression réchauffé constitue l'air secondaire. La tubulure 31, en amont de la chambre annulaire 32, est raccordée à un tube 35 plongeant dans le combustible et, elle est également conformée pour, au delà du raccordement ci-dessus être mise en communication avec le volume d'air 16 ménagé dans l'enceinte 12, au dessus du niveau du combustible ce volume constituant l'air primaire. Sur le parcours situé entre le volume d'air précité 16 et le point de raccordement du tube plongeur 35 avec la canalisation 31 il est prévu une vanne 37 adaptée à régulariser le débit d'air primaire dans le tube 310 havant le point de raccordement du tube plongeur 35 avec le tube 31, le tube plongeur 35 comporte une vanne 39 adaptée à régler le début du combustible dans le tube 31 qui sera appelé ci-après tube gazéificateur. On se référera maintenant plus particulièrement à la figure 3 dans laquelle on voit que la partie terminale libre de la tubulure 30 qui débouche dans le nez de brûleur Il comporte un Venturi 40 dans le col duquel est disposée l'extrémité3lA du tube gazéificateur 31, en ménageant avec le Venturi un passage annulaire 41. En amont du Venturi le tube gazéificateur 31 est pourvu d'une entretoise 42, par exemple soudée à ce tube, et qui comporte à sa périphérie une pluralité de saignées longitudinales 42A, l'entretoise précitée étant placée de façon telle qu'elle ménage en amont du Venturi une chambre de répartition 43 qui débouche dans le passage annulaire 40 précité. En aval du Venturi 40 la tubulure 30 comporte, intérieurement et successivement une première chambre 44 ayant un diamètre nettement supérieur à celui du Venturi, et une seconde chambre 45 ayant un diamètre supérieur à celui de la précédente. En fonctionnement, les valves 23, 24 situées sur le circuit d'air comprimé sont ouvertes, de même que la vanne 39 située sur le tube plongeur 35, et la vanne 37 située sur la partie du tube gazéificateur 31 plongeant dans l'enceinte 12. L'air comprimé constituant l'air secondaire suit le trajet fléché F. La flamme dégagée par la combustion du mélange gazeux chauffe très fortement la tête de brûleur, fait, qu'en pratique, cette dernière est amenée au rouge. L'air comprimé en circulant dans l'échangeur 22 en serpentin est donc réchauffé à très haute température et cet air très chaud est dirigé dans l'échangeur 21, qui délivre une partie de ses calories d'une part, dans le volume d'air 16 situé au dessus du niveau du produit combustible, et d'autre part, dans la masse de ce produit combustible, il en résulte donc que le produit combustible est réchauffé à une température voisine de 900C ; de même, l'air confiné dans le volume 16 est porté à une température sensiblement plus élevée que le produit combustible notamment du fait que la partie d'échangeur qui se trouve dans ledit volume 16 libère des calories directement issues de l'échangeur 22. A la sortie de l'échangeur 21 le circuit d'air comprimé secondaire est acheminé par la chambre annulaire 32 jusqu'au col 40 du Venturi, ce qui crée à l'intérieur du tube gazéificateur 31 coaxial à la tubulure 30, une dépression. Les vannes 37 et 39 étant ouvertes, et une dépression étant créée à l'intérieur du tube gazéificateur 31 l'air primaire chauffé dans le volume 16 de l'enceinte circule dans le tube gazéificateur 31, de même qui le combustible est, par effet d'aspiration dans le tube plongeur 35 transféré dans ce tube L'air primaire circulant dans le tube 31 étant chauffé, et le produit combustible étant à haute température 11 se produit en un point indiqué par PM à l'intersection du tube gazéificateur 312 et du tube plongeur 35, un mélange d'air primaire chauffé et du produit combustible également chauffé Le tube gazéificateur 31 étant de plus, sur une grande lon- gueur, chauffé par l'air chaud secondaire circulant à 1 ' intérieur de la chambre annulaire 32, il se forme un mélange gazeux à l'intérieur du tube gazéificateur 39 entre le point de mélange PM et son orifice de sortie,la formation de ce melange gazeux étant principalement due aux effets combinés de l'air primaire et de l'air secondaire. Il est noté que l'air primaire étant d'une température plus élevée que le combustible il se refroidi au contact de ce dernier, et par suite se rétracte en volume, ce qui permet au combustible de s'expanser jusqu'S gazéification complète à la sortie du tube 31 sans entraîner une quelconque pression à l'intérieur de ce dernier. Un peu en amont du Venturi, l'air secondaire chauffé est distribué dans la chambre annulaire 32 et crée au niveau de l'extrémité du tube 31, elle-même située au col du Venturi, une turbulence dépressionnaire. Au niveau du col du Venturi, le mélange gazeux formé par 1' air primaire, le combustible et l'air secondaire est animé d'une grande vitesse, ce qui ne permettrait pas une bonne combustion du mélange à l'intérieur de la tête de brûleur 11; c'est ici qu'interviennent les deux chambres successives de diamètres croissants 44, 45, situées en aval du Venturi qui permettent de ralentir sensiblement la vitesse du mélange gazeux, et par conséquent d'obtenir une bonne combustion de ce mélange dans la tête de brûleur. Il sera précisé qu'au démarrage le combustible contenu dans l'enceinte 12 est amené à bonne température (environ 90 C) par le thermostat 15; l'air contenu dans le volume 16 est également chauffé par le combustible, de même que l'air pulsé circulant dans 1' échangeur 21 ; le mélange gazeux formé dans la tubulure 31 est mis à feu au moyen d'une électrode 50 portée par le nez de brûleur. On constate que dans une telle structure de brtleur, l'air primaire à la pression atmosphérique est réchauffé dans le volume 16 sous l'effet de l'échangeur 2 tandis que flair secondaire circulant sous pression est réchauffé en passant dans l'échangeur 22 qui est à très haute température étant donné qu'il entoure le nez de brûleur avantageusement en acier réfractairo. Il sera noté de plus que la distance séparant le Venturi du point de mélange PM permet, en combinaison avec la chambre annulaire 32 la formation, dans la tubulure 31, d'un mélange gazeux qui à la sortie du col de Venturi est parfaitement homogène et conduit à une combustion pratiquement sans pollution ni rejet de déchets imbrûlés. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation choisie et représentée, laquelle pourra au contraire faire l'objet de modification sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Brûleur pour installation de chauffage du genre comportant un circuit d'air primaire pulsé et un circuit de carburant aboutissant à une tête de brûleur où le mélange air carburant est enflammé, caractérisé en ce qu'il comprend, en amont de la tête de brA- leur, une enceinte à niveau de combustible constant avec au-dessus de ce niveau un volume d'air, un élément tubulaire plongeant dans le combustible et qui est connecté à un circuit d'air primaire alimenté par ledit volume, un échangeur dans lequel circule un fluide chaud sous pression, cet échangeur étant placé dans ladite enceinte en ayant un tronçon Inférieur noyé dans le combustible et un tron çon supérieur qui s'étend dans ledit volume. 2. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'air primaire est mélangé au combustible en un point situé au voisinage de ladite enceinte. 3. Brûleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide chaud sortant de l'échangeur en l'occurrence de l'air, est utilisé pour constituer un circuit d'air secondaire, qui est distribué dans une chambre annulaire ménagée autour d'un tube de transfert dit de gazéification situé en aval du point de mélange, ladite chambre annulaire étant adaptée à mettre en dépression ledit tube. 4. Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre annulaire s'étend de la tête de brûleur jusque vers l'enceinte. 5. Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'air secondaire est connecté à la chambre annulaire à une partie terminale de celle-ci qui est proche de ladite enceinte. 6. Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube gazéificateur est coaxial à la chambre annulaire. 7.Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité du tube gazéificateur qui est située coté tête de brûleur est disposée au niveau d'un col de Venturi ménagé dans la chambre annulaire. 8. Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air secondaire est incorporé au mélange précité au niveau du col de Venturi au moyen d'un passage annulaire ménagé entre ce dernier et la partie terminale du tube gazéificateur. 9. Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube gazéificateur est équipé, en amont du Venturi, d'une entretoise de centrage comportant une pluralité de passages longitudinaux aptes à mettre en communication la chambre annulaire avec le Venturi. 10. Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entretoise ménage avec une paroi du Venturi une chambre de répartition débouchant dans le passage annulaire précité. 11. Brûleur selon l'une quelconque des revendications précécédentes, caractérisé en ce que l'air secondaire est chauffé-au moyen d'un échangeur entourant la téte de brûleur.