Brevet FR2466707A1 — publié le 19810410

La présente invention concerne un brûleur destiné à l'obtention d'une flamme longiligne et mode- lable, utile notamment au réchauffage longiligne de produits métallurgiques ou verriers. Pour effectuer le réchauffage longiligne de produits, notamment des produits verriers par la tech- nique de "rebrûlage", on a fait appel jusqu'à présent à des brûleurs à oxygène dont l'inconvénient principal est le coût élevé du réchauffage. L'invention vise à éviter cet inconvénient en proposant un nouveau brûleur fonctionnant avec un mé- lange de gaz combustible et d'air et apte à fournir une flamme longiligne d'épaisseur variable. Le brûleur de l'invention permet de réaliser le chauffage total à température élevée, même à l'air libre, de produits longilignes ou de faible épaisseur en défilement ou en rotation devant le brûleur ou bien le chauffage localisé de produits plus massifs. Ce brûleur peut aussi être utilisé dans une enceinte de chauffage o les températures atteintes pourront être plus élevées mais o les possibilités de chauffage localisé seront restreintes. Un tel brûleur trouve donc une application préférentielle au rebrûlage de produits verriers, mais il peut être utilisé aussi bien comme four de forge ouvert ou comme brûleur de chauffage d'un four à céra- mique, dans lequel il convient de produire une flamme en forme de lame. Le brûleur de l'invention repose sur ltécoule- ment d'un mélange homogène d'air et de gaz combustible introduit par un corps de brûleur fixé à une tête de brûleur présentant une ouverture de forme dissymétrique appropriée permettant l'obtention d'une flamme lon- giligne de section plus ou moins rectangulaire dans le sens de l'écoulement et pouvant même, dans certaines conditions, être triangulaire à la manière d'un dard de brûleur intensif. La présente invention concerne plus parti- culièrement un brûleur destiné à l'obtention d'une flamme longiligne, comportant un corps de brûleur pour réaliser la mise en rotation d'un mélange de gaz com- bustible et d'air et une tête de brûleur solidaire du corps de brûleur, caractérisé par le fait que la tête de br leur comporte une chambre intérieure généralement sphérique qui est reliée au corps de brûleur par un passage convergent vers la chambre; et une ouverture allongée apte à engendrer la flamme, qui est reliée à la chambre par un passage divergent vers l'ouverture, un grand côté de l'ouverture comportant une première arête et une portion curviligne et l'autre grand côté de l'ouverture comportant une seconde arête. La première arête et la seconde arête de l'ouverture pourront être plus ou moins décalées ltune par rapport à l'autre en fonction de la forme que l'on désire donner à la flamme. Dans un mode de réalisation préféré de l'in- vention, le passage divergent comporte deux parois parallèles opposées reliées respectivement aux deux grands côtés de l'ouverture et le passage convergent présente un axe de révolution dirigé perpendiculairement aux deux parois parallèles, opposées du passage diver- gent. Selon une autre particularité de ce mode de réalisation, la chambre intérieure est sphérique et la tête de brûleur est réalisée en deux parties dont l'une comporte le passage convergent, une des parois parallèles opposées du passage divergent et une demi calotte sphérique constituant une moitié de la chambre intérieure et dont l'autre comporte l'autre paroi parallèle opposée du passage divergent, les deux parois divergentes du passage divergent et une demi calotte sphérique constituant l'autre moitié de la chambre intérieure. Le brûleur de l'invention comprend en outre des moyens de fixation aptes à solidariser les deux parties de la tête de brûleur entre elles avec possi- bilité de réglage par glissement des deux parties entre elles selon un plan de joint parallèle aux pa- rois parallèles opposées du passage divergent. La première arête de l'ouverture comporte de préférence une portion en gradin. La tête de brûleur de l'invention est avanta- geusement réalisée en une matière réfractaire, toute- fois elle peut être également réalisée en une matière métallique refroidie par circulation de fluide. Cette tête de brûleur pourra soit être isolée, soit former partie intégrante d'un ensemble plus com- plexe, par exemple d'une paroi de four. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limi- tatif, sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un brûleur selon l'invention avec arrachement d'une partie de la tête de brûleur; la figure 2 est une vue en coupe prise sui- vant la ligne II-II de la figure 1 et montrant la forme du passage convergent, de la chambre intérieure et du passage divergent de la tête de brûleur; la figure 3 est une vue de dessous, en pers- pective, de la partie de la tête de brûleur des figures 1 et 2, qui supporte le corps de brûleur; et la figure 4 est une vue de dessus, en pers- pective, de l'autre partie de la tête de brûleur. Sur ces figures, les mêmes références numé- riques désignent les mêmes éléments. Le brûleur représenté sur la figure 1 com- prend un corps de brûleur 10 apte à réaliser la mise en rotation d'un mélange de gaz combustible et d'air et une tête de brûleur 12 solidaire du corps de brû- leur 10. Le corps de brûleur 10 est un corps de brû- leur métallique, de type connu, réalisé en construc- tion mécano-soudée ou en métal moulé et comprenant un tube cylindrique 14 prolongé par un tube convergent 16, en forme-de tronc de cône, lui-même relié à une bride annulaire 18 perçée de trous de fixation tels 20 et 22 aptes à assurer la fixation du corps de brûleur sur la tête de brûleur 12. Le corps de brûleur 10 comporte à sa partie amont un tube tangentiel 24 dtamenée d'air, un bouchon 26 supportant un tube 28 d'injection de gaz combustible et fixé sur une plaque annulaire 30 d'obturation du corps de brûleur 10. Ce corps de brûleur permet ainsi d'amener en rotation l'air de combustion et directement le gaz combustible à l'entrée de la tête de brûleur 12. La tête de brûleur 12 est constituée de deux parties dissymétriques 32 et 34 assemblées entre elles, par des moyens mécaniques de fixation appropriés, selon un plan de joint 36 perpendiculaire à l'axe XX du corps de brûleur 10. Ces moyens de fixation pourront être constitués par exemple par des brides assurant le serrage des parties 32 et 34 entre elles avec possibi- lité de réglage par glissement le long du plan de joint 36. Les deux parties 32 et 34 de la tête de brû- leur 12 sont réalisées en matériau réfractaire léger de composition appropriée pour résister aux tempéra- tures élevées, de l'ordre de 15001C, auxquelles elles devront être soumises. A titre d'exemple, ces deux parties peuvent être obtenues par moulage d'une pâte réfractaire lé- gère ayant, après cuisson, une masse volumique com- prise entre 192 et 1,8 kg/dm3 et de préférence de 1,5 kg/dm3. Une telle pâte réfractaire peut être obtenue par exemple par mélange d'alumine bulleuse de Chamotte et de ciment résistant à haute température. Bien entendu, comme indiqué précédemment, les deux parties de la tête de brûleur peuvent être constituées de parties métalliques munies de moyens de refroidissement0 La partie supérieure 32 comporte des goujons, tels 38 et 40, aptes à assurer la fixation de la bride annulaire 18 du corps de brûleur 10 sur la tête de brûleur 12. Les parties 32 et 34 de la tête de brûleur 12 sont venues de moulage de manière à présenter des évidements caractéristiques qui, après assemblage des deux parties entre elles, formeront le passage con- vergent, la chambre intérieure et le passage divergent propre à engendrer la flamme désirée. La partie 32 comprend un passage convergent 42, présentant une symétrie de révolution par rapport à l'axe XX, et constitué par un tronc de cône. Ce passage convergent présente une entrée 44 destinée à être reliée à la sortie du corps de-brûleur 10 et une sortie 46 débouchant à l'entrée d'une demi calotte sphé- rique 48 également prévue dans la partie 32, et dont le plan équatorial coincide avec le plan de joint 36 précité. Cette demi calotte sphérique 48 constitue la moitié d'une chambre intérieure sphérique 50 ménagée dans la tête de brûleur 12. La partie 32 comporte également une paroi 52 constituant l'une des deux parois parallèles opposées d'un passage divergent 54 communiquant avec la chambre 50 et débouchant vers l'extérieur. Cette paroi 52 présente une portion plane communiquant avec la chambre intérieure 50 et terminée par une portion recourbée en forme d'arête 56 consti- tuant un grand côté d'une ouverture allongée 58 débou- chant à l'extérieur. La paroi 52 se situe dans le plan de joint 36 entre les parties 32 et 34. La partie 34 comporte une demi calotte sphé- rique 60 dont le plan équatorial virtuel correspond au plan de joint 36 et qui forme ainsi avec la demi calotte sphérique 48 la chambre 50 précitée. Le passage diver- gent 54 est limité sur ses côtés par deux parois planes divergentes 62 et 64 reliant la chambre intérieure 50 à deux petits côtés 66 de l'ouverture 58. Sur les fi- gures 1 et 4, seul l'un des petits côtés 66 de l'ouver- ture 58 est visible. Ces parois 62 et 64 sont tangen- tielles à la chambre sphérique 50 et vont en s'évasant jusqu'aux petits côtés de la fente 58 (cf. figure 4). Le passage 54 est par ailleurs limité par une paroi paral- lèle opposée à la paroi 52 de la partie 32. Cette paroi, venue de moulage avec la partie 34, comprend une portion plane 68 parallèle à la paroi 52, communiquant avec la chambre intérieure 50. Cette paroi comprend également une portion en gradin 70 constituée par une double marche, et une portion curviligne 72 reliée à la por- tion en gradin 70 le long d'une arête 74 formant étranglement avec la portion plane 52. Cette portion curviligne 72 est en vis-à-vis de la portion recourbée en forme d'arête 56 de la partie 32. La position relative des parties 32 et 34 peut être ajustée pour modifier la distance entre l'arête 74 et l'arête 56 en les décalant plus ou moins pour modeler ainsi la flamme à la forme voulue. Une fois cette distance établie il suffit alors de mainte- nir fermement entre elles les parties 32 et 34 grâce aux moyens de fixation précités. On remarquera sur les figures 1 et 2 que, du côté de l'ouverture 58, la partie 32 présente une face arrondie 76 alors que la partie 34 présente une face droite 780 La présence de la face arrondie 76 n'est pas indispensable, mais constitue une réalisation préférentielle protégeant la flamme sortant de ltou- verture 58. Le mélange d'air et de gaz en rotation est accéléré dans le passage convergent 42 et pénètre ensuite dans la chambre 50 o le mouvement de rotation du mélange est transformé en un mouvement de trans- lation vers le passage divergent 54. La première partie de ce passage 54, qui est comprise entre la paroi 52 et la portion plane 68 constitue une chambre de mélange plate. Cette chambre de mélange s'évase vers l'ouver- ture 58 jusqu'à la portion en gradin 70 destinée à l'obtention des écoulements souhaités pour le mélange combustible ainsi qu'à l'homogénéisation de celui-ci. Ce passage divergent amène le mélange gazeux combustible à l'ouverture 58 en développant une flamme modelable selon les débits gazeux. Cette flamme est partiellement accrochée par effet Coanda sur la portion curviligne 72 et stabilisée par la turbulence créée par l'arête 56 et ajustable, selon la forme de la flamme à obtenir, par glissement des parties 32 et 34 selon le plan de joint 36. Le brûleur de l'invention peut être utilisé seul ou avec d'autres brûleurs similaires pour le réchauffage de produits, tels que des produits mé- tallurgiques et verriers, dans des fours de forge ouverts ou dans des fours de céramique. Ce brûleur pourra être placé selon différentes orientations et en différents endroits d'un four. Bien entendu, la pré- sente invention n'est pas limitée au mode de réali- sation décrit ci-dessus, mais il est parfaitement possible sans pour autant sortir du cadre de la pré- sente invention d'en imaginer diverses variantes de détail. Ainsi, on comprendra que l'axe du passage convergent peut être situé différemment par rapport au passage divergent et que la forme de la chambre inté- rieure peut être non seulement sphérique mais aussi bien ellipsoidale ou de toute forme arrondie similaire. REVENDICATIONS 1. Brûleur destiné à l'obtention d'une flamme longiligne, comportant un corps de brûleur pour réaliser la mise en rotation d'un mélange de gaz com- bustible et d'air et une tête de brûleur solidaire du corps de brûleur, caractérisé par le fait que la tête de brûleur comporte une chambre intérieure généralement sphérique qui est reliée au corps de brûleur par un passage convergent vers la chambre; et une ouverture allongée apte à engendrer la flamme, qui est reliée à la chambre par un passage divergent vers l'ouverture, un grand côté de l'ouverture comportant une première arête et une portion curviligne et l'autre grand côté de l'ouverture comportant une seconde arête. 2. Brûleur selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la première arête et la seconde argte sont décalées l'une par rapport à l'autre. 3. Brûleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le passage divergent comporte deux parois parallèles opposées reliées res- pectivement aux deux grands côtés de l'ouverture et que le passage convergent présente un axe de révolution dirigé perpendiculairement aux deux parois parallèles opposées du passage divergent. 4. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la chambre intérieure est sphérique. 5. Brûleur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la tête de brûleur est réalisée en deux parties dont l'une comporte le passage convergent, une des parois parallèles opposées du passage divergent et une demi calotte sphérique constituant une moitié de la chambre intérieure et dont l'autre comporte l'autre paroi parallèle opposée du passage divergent, les deux parois divergentes du passage divergent et une demi calotte sphérique cons- tituant l'autre moitié de la chambre intérieure. 6. Brûleur selon la revendication 5, carac- térisé par le fait qu'il comprend des moyens de fixa- tion aptes à solidariser les deux parties de la tête de brûleur entre elles avec possibilité de réglage par glissement des deux parties entre elles selon un plan de joint parallèle aux parois parallèles opposée du passage divergent. 7. Brûleur selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la première arête comporte une portion en gradin. 8. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 7. caractérisé par le fait que la tête de brûleur est réalisée en une matière réfractaire. 9. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la tête de brûleur est réalisée en une matière métallique refroidie par circulation de fluide.