Brevet FR2465158A3 — publié le 19810320

FR 2465158 A3 19810320 FR 8016736 A 19800729 L'invention concerne un brûleur à mazout à pulvérisation, notamment pour appareils-de faible puissance, comportant un porte-buse à combustible portant une buse de pulvérisation à son extrémité frontale côté chambre de combustion et s'étendant dans une chambre cylindrique qui sert à l'amenée de l'air primaire, un disque de retenue disposé en aval de la buse de pulvérisation et présentant une ouverture de diaphragme pour le passage du cône de pulvérisation et de l'air primaire, un tube extérieur entourant en outre la chambre cylindrique et formant avec la chambre un volume annulaire pour l'amenée de l'air secondaire dans une chambre de combustion disposée en aval du disque de retenue. On connaît déjà un brûleur de ce type (brevet US 2 469 272) dans lequel une fraction, constituant l'air primaire, de l'ensemble du débit d'air de combustion est introduite dans la chambre de combustion en direction axiale ou avec une composante axiale prépondérante, tandis que la fraction restante, du débit d'air de combustion constituant l'air secondaire, pénètre radialement dans la chambre de combustion. On obtient ainsi un écoulement sensiblement axial dans la chambre de combustion, cet écoulement étant concentré vers l'axe de la chambre par l'air secondaire envoyé radialement. Ces brûleurs fonctionnent de façon stisfaisante lorsque le combustible, compte tenu de la faible puissance requise, peut être injecté dans la chambre de combustion avec une pression encore suffisamment élevée pour obtenir une fine répartition du combustible dès le cône de pulvérisation. Cependant, lorsque le brûleur doit être prévu pour des puissances encore plus faibles, un écoulement sensiblement axial du mélange de combustible et d'air dans la chambre de combustion ne suffit plus pour que la préparation du mélange soit telle qu'on obtienne dans cette chambre de combustion une combustion sans résidus. Pour que l'on paisse--tral-er sans suie dans la chambre de combustion même des quantités de combustible très faibles, on a déjà proposé de souffler de l'air de combustion préchauffé, avec une composante tangentielle, dans un premier tronçon longitudinal de la chambre de combustion et d'étrangler le tourbillon ainsi formé à la sortie de la chambre de combustion par un diaphragme pour avoir un écoulement tourbillonnaire potentiel (DPa 28 43 908.9).Le diaphragme peut alors être constitué, de préférence, par de l'air de combustion préchauffé introduit, avec une composante d'écoulement tangentielle, dans un second tronçon longitudinal de la chambre de combustion, cet air formant un écoulement rotatif qui se superpose à l'écoulement tourbillonnairep Ces dipositions font cependant appel à une chambre de combustion dont la longueur est relativement grande par rapport au diamètre et dont la construction s'écarte des réalisations classiques. En outre, la disposition d'un allumage à haute tension dans une telle chambre se heurte à certaines difficultés. Dans un autre brûleur connu du type indiqué, de l'air primaire mis en turbulence par le disque de retenue est introduit dans la chambre de combustion et, en aval, de l'air secondaire préchauffé est introduit, sous forme d'enveloppe conique dans l'espace de combustion par une fente annulaire entre le disque de retenue et une partie de paroi intérieure se rétiécissant en forme de cône (DE-AS 26 24 649). Dour réchauffer l'air secondaire, une surface d'épaulement annulaire du tube extérieur se raccorde à la partie de paroi intérieure conique, cette surface étant dirigée vers la chambre de combustion, les gaz chauds de la flamme recyclés transmettant, sur cette surface, de la chaleur au tube extérieur et, de là, à l'air secondaire qui arrive. L'invention a pour but d'éviter les insuffisances des brûleurs connus et concerne à cet effet un brûleur du type ci-dessus caractérisé en ce que l'air primaire pénètre dans la chambre de combustion à travers le disque de retenue avec une composante d'écoulement tangentielle et forme en cet emplacement un premier tourbillon, l'air secondaire pénétrant dans la chambre de combustion avec une composante d'écoulement tangentielle à travers l'enveloppe formant en cet emplacement un second tourbillon se raccordant au premier en direction axiale et, de préférence, dirigé en sens inverse. Par rapport aux réalisations connues, le brûleur conforme à l'invention a pour avantage qusen utilisant dans une large mesure des éléments de construction classiques et éprouvés, on peut obtenir une combustion propre, meme dans le cas de faibles débits de combustible, par exemple inférieurs à 2 Kg/h, sans qu'il soit nécessaire de réchauffer l'air secondaire et sans avoir à accepter une longue période de combus tion incomplète lors de la mise en route à froid du brûleur. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux et des perfectionnements du brûleur conforme à l'invention. Il est particulièrement avantageux qu'une fraction de l'air secondaire arrive dans la chambre de combustion par une fente annulaire entre le disque de retenue ou le bord frontal annulaire de la chambre cylindrique du côté de l'espace de combustion et une partie de paroi intérieure conique du tube extérieur, sous forme d'une enveloppe conique entre le premier tourbillon et le second tourbillon en séparant ces tourbillons l'un de l'autre On s'oppose ainsi à la formation de microtourbillons indésirables dans la zone limite du tourbillon d'air primaire et du tourbillon d'air secondaire et on obtient une forme de flamme particulièrement favorable avec une stabilité élevée de cette flamme. On obtient une construction simple lorsque la tige porte-buse est fixée dans le fond de la chambre cylindrique, celle-ci étant munie de perçages pour l'amenée de l'air primaire, la section de passage libre de ces perçages pouvant être réglée par un diaphragme monté à rotation. Le disque de retenue peut judicieusement être fixé sur l'extrémité frontale côté volume de combustion de la chambre cylindrique avantageusement montée à rotation et guidée dans une pièce rapportée annulaire du tube extérieur, cette pièce étant munie de lumières pour le passage de l'air secondaire. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du brûleur, - la figure 2 est une vue en coupe effectuée suivant la ligne II-II de la figure 1. Le brûleur comporte une tige porte-buse 2 portant à son extrémité une buse de pulvérisation 4. Le mazout est amenée à la tige 2 par une pompe 6 à partir d'un réservoir 8. L'extrémité avant de la tige porte-buse 2 et la buse de pulvérisation 4 sont disposées dans une chambre cylindrique 10 formée dans un tube intérieur 12 fermé en amont par sa tôle de fond 14 et en aval par un disque de retenue 16. La tige porte-buse 2 et des électrodes d'allumage 18 sont fixées dans la tôle de fond 14. Le disque de retenue 16 est muni d'une ouverture de diaphragme centrale 20 et de plusieurs fentes radiales 22 régulièrement réparties. Les fentes radiales 22 sont recouvertes par des pattes soudées 24, vis-à-vis d'une chambre de combustion 26, de façon à constituer des ouvertures de sortie tangentielle. La chambre cylindrique 10 est entourée par un tube extérieur 30 sur lequel sont fixés, à intervalles en direction axiale, trois corps annulaires 32, 34 et 36. Le corps annulaire 32 comporte une saillie 38 en forme de moyeu dans laquelle le tube intérieur 12 est monté et guidé pour coulisser. Des perçages 40 sot pratiqués dans le corps annulaire 32 avec une répartition uniforme sur son pourtour. Ces perçages 40 relient un volume annulaire 42 formé entre le tube extérieur 30 et le tube intérieur 12 à un volume annulaire 44 formé entre les corps annulaires 32 et 34. A partir de ce volume, une fente annulaire 46, conduit dans la chambre de combustion 26, cette fente étant formée entre le bord d'extrémité 48, caté chambre de combustion, du tube intérieur 12 et une surface annulaire conique 50 du corps annulaire 34. La chambre de combustion 26 est entourée par une enveloppe cylindrique en tale 52 fixée sur les corps annulaires 34 et 36, de façon à former un volume annulaire 54 entre le tube extérieur 30 et cette enveloppe 52. Ce volume est relié par des évidements 56 du corps annulaire 34 au volume annulaire 44 situé entre les corps annulaires 32 et 34 et, par des ouvertures en forme de fentes 58 de l'enveloppe en tôle 52, à la chambre de combustion 26. Le plan d'embouchure des ouvertures 58 en forme de fentes régulièrement réparties sur toute la surface de l'enveloppe en tale 52 est dirigé tangentiellement au pourtour de cette enveloppe en tale 52. Cela est obtenu au moyen de languettes 60 repliées radialement vers l'extérieur à partir de la tale 52 (figure 2). De l'air de combustion est envoyé par un ventilateur 62 au tube extérieur 30. A partir de ce tube, une fraction d'air primaire arrive dans la chambre 10 par des perçages 64 pratiqués dans la tale de fond 14 et une fraction d'air secondaire arrive dans le volume annulaire 44 par l'intermédiaire du volume annulaire 42 et des perçages 40 du corps annulaire 32. Un diaphragme 66 monté à rotation est associé aux perçages 64 de la tôle de fond 64, ce diaphragme permettant de régler la section de passage des perçages 64. Le corps annulaire 32 est monté dans le tube extérieur 30 pour coulisser en direction axiale, tandis que les deux autres corps annulaires 34 et 36 sont assemblés avec ce tube 30 sans possibilité de déplacement.Le corps annulaire 32 est, sur son bord frontal dirigé vers le corps annulaire 34, muni d'une collerette 68 dirigée radialement vers l'intérieur qui, suivant le réglage axial du corps annulaire 32, agit plus ou moins sur l'écoulement de l'air secondaire du volume annulaire 44 dans le volume annulaire 54. En déplaçant le porte-buse 2 en direction axiale, on déplace également le tube intérieur 12 et on règle la largeur de l'intervalle annulaire 46 entre le volume annulaire 44 et la chambre de combustion 26. Au cours du fonctionnement du brûleur, le combustible pénètre dans la chambre de combustion 26 sous forme d'un cône de pulvérisation 70. Les particules de combustible pulvérisé sont alors mélangées de façon intense avec l'air primaire qui sort de la chambre 10 par l'ouverture 20 du diaphragme et par les fentes 22 du plateau de retenue 16 et arrive en tourbillonnant dans la chambre de combustion 26 en y formant un premier tourbillon 72. Simultanément, de l'air secondaire s'écoule, par les ouvertures 58 de l'enveloppe en tôle 52, tangentiellement dans la chambre de combustion 26 et y forme un second tourbillon intense 74 qui se raccorde en direction axiale au premier tourbillon 72 et tourne en sens inverse de celui-ci. Entre les deux tourbillons 72 et 74, de l'air secondaire arrive sans tourbilloner, sous forme d'une enveloppe conique 76, par la fente annulaire 46, dans la chambre de combustinn 26 et sépare les deux couches limites des tourbillons s'écoulant avec des sens de tourbillonnement inverses. Il ne peut donc pas se produire de micro-tourbillons locaux qui pourraient, dans certains cas, perturber la forme de la flamme. Par suite de la rotation, une dépression est produite au centre des tourbillons. Il en résulte un écoulement de gaz brûlés 78 qui revient de la zone de la flamme à l'origine de la flamme et assure une vaporisation complète du combustible pulvérisé. On a aussi la possibilité de renoncer à l'envoi d'air secondaire entre les deux tourbillons sous la forme d'une enveloppe conique non tournante. Dans une telle réalisation, la limite inférieure de puissance à laquelle le brûleur émet encore des gaz brûlés impeccables est supérieure à celle du brûleur de l'exemple de réalisation représenté. Pour l'écoulement non perturbé de l'air secondaire du volume annulaire 54 dans la chambre de combustion 26, il est en tout cas important que les languettes 60 (figure 2) disposées sur les ouvertures 58 en forme de fente de l'enveloppe en tôle 52 se trouvent du côté extérieur de l'enveloppe en tôle dirigé vers le volume annulaire 54. REVENDICATIONS 1.- Brûleur à mazout à pulvérisation, notamment pour appareils de faible puissance, comportant un porte-buse à combustible portant une buse de pulvérisation à son extrémité frontale côté chambre de combustion et s'étendant dans une chambre cylindrique qui sert à l'amenée de l'air primaire, un disque de retenue disposé en aval de la buse de pulvérisation et présentant une ouverture de diaphragme pour le passage du cône de pulvérisation et de l'air primaire, un tube extérieur entourant en outre la chambre cylindrique et formant avec la chambre un volume annulaire pour l'amenée de l'air secondaire dans une chambre de combustion disposée en aval du disque de retenue, caractérisé en ce que l'air primaire pénètre dans la chambre de combustion (26) à travers le disque de retenue (16) avec une composante d'écoulement tangentielle et forme en cet emplacement un premier tourbillon (72), l'air secondaire pénétrant dans la chambre de combustion (26) avec une composante d'écoulement tangentielle à travers l'enveloppe (52) formant en cet emplacement un second tourbillon (74) se raccordant au premier en direction axiale et, de préférence, dirigé en sens inverse. 2.- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'unie fraction de l'air secondaire arrive dans la chambre de combustion (26) par une fente annulaire (46) entre le disque de retenue (16) ou le bord frontal annulaire (48) de la chambre intérieure (10) du c & é de l'espace de combustion et une partie de paroi intérieure conique (50) du tube extérieur (30) sous forme d'une enveloppe conique (76) entre les tourbillons (72 et 74) en les séparant l'un de l'autre. 3.- Brûleur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'air primaire s'écoule non seulement par l'ouverture de- diaphragme centrale (20) mais aussi par plusieurs fentes (22) radiales ou sensiblement radiales du disque de retenue (16), le plan d'embouchure de ces fentes étant disposé suivant un angle par rapport au plan du disque de retenue. 4.- Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tige porte-buse (2) est fixée dans le fond (14) de la chambre cylindrique (10), celle-ci étant munie de perçages (64) pour l'menée de l'air primaire, la section de passage libre de ces perçages pouvant être réglée par un diaphragme (66) monté à rotation. 5.- Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le disque de retenue (16) est fixé sur l'extrémité frontale, côté volume de combustion, d'un tube intérieur (12) entourant la chambre cylindrique (10). 6.- Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre cylindrique (10) est guidée dans une saillie annulaire (32) du tube extérieur (30), cette saillie comportant des perçages (40) pour le passage de l'air secondaire. 7.- Brûleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie de paroi intérieure conique (50) du tube extérieur (30) est formée sur un corps annulaire (34) fixé sur le tube extérieur et présentant des évidements (56) pour le passage de la fraction d'air secondaire arrivant dans la chambre de combustion (36) en traversant l'enveloppe (52). 8.- Brûleur selon l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la saillie annulaire (32) peut coulisser en direction axiale par rapport au corps annulaire (34) et comporte, sur sa face frontale dirigée vers le corps annulaire (34), une collerette intérieure (68) s'avan çant dans le trajet d'écoulement de l'air secondaire. 9.- Brûleur selon l'une ou l'autre des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ltenveloppe (52) de la chambre de combustion (26) est fixée sur le corps annulaire (34) comportant la partie de paroi intérieure conique (50) et sur un second corps annulaire (36) du tube extérieur (30) formant l'extrémité du brûleur côté chaudière. 10.- Brûleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la paroi frontale du second corps annulaire (36) dirigée vers la chambre annulaire (54), formée entre le tube extérieur (30) et l'enveloppe (52) de la chambre de combustion (26) est conique. 11.- Brûleur selon l'une ou l'autre des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que l'enveloppe (52) de a chambre de combustion (26) est constituée par une tôle perforée, le plan d'embouchure des perçages (58) faisant un angle avec la surface de pourtour de l'enveloppe. 12.- Brûleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les perçages (58) de l'enveloppe (52) sont formés par les bords de coupe de languettes (60) embouties en direction radiale vers l'extérieur dans ltenveloppe.