Brevet FR2483048A3 — publié le 19811127

FR 2483048 A3 19811127 FR 8107941 A 19810421 L'invention part d'un brûleur à gazéification d'huile, notamment pour des chaudières d'installation de chauf- fage central, avec une buse de pulvérisation pour le carburant, cette buse débouchant dans une chambre de turbulence comportant à la périphérie au moins un orifice,dirigé de préférence tangen- tiellement,pour l'introduction d'un courant d'air primaire, et étant protégée vis à vis d'une chambre de combustion par une pla- que frontale munie d'un orifice central diaphragmé, tandis que contre la paroi frontale, située du ci3td de la chambre de comQ bustion,de cette plaque frontale, le mélange carburant/air péné trant à travers l'orifice diaphragmé s'écoule vers l'extérieur, par suite de l'effet Coanda et sous l'influence des forces cen- trifuges, sous la forme d'un jet de paroi relativement mince avec des composantes radiales, est alors vaporisé sous l'action des gaz de combustion recyclés, et parvient, imbrûlé dans sa majeure partie, dans un courant d'air secondaire dans un canal de section transversale annulaire entourant concentriquement la partie précédemment décrite, canal dans lequel il brûle avec une flamme annulaire entourant la zone de vaporisation sur la plaque frontale, Des bradeurs de ce type (DE - OS 25 17 756) ont une flamme giratoire en forme de cuvette, dans laquelle s'ins- taure dans la zone de fond de la flamme, un recyclage très ef- ficace des gaz de combustion chauds tandis que cette flamme n'- exige qu'une longueur de foyer relativement limitée Ces brû- leurs fonctionnent avec un rendement elevé et également,dans le cas d-'un excès d'air important, et malgré l'absence d'un sta- bilisateur de flamme, avec une flamme stable, car du fait de la vitesse d'allumage alors plus élevée du mélange carburant airS il se produit un effet dynamique de stabilisation de la combustion. Dans les zones de fonctionnement avec un excès d'air réduit, il peut toutefois se produire dans le cas de ces brûleurs avec une flamme courte, que la flamme devienne instable et qu'il ne s'instaure aucun fond de flamme défini, Ceci peut avoir une action défavorable lors du démarrage et pendant le fonctionnement du brûleur. Dans le cas de petits foyers, cela peut amener à des pointes de pression si élevées que la flamme s'éteint. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et concerne à cet effet un brûleur caractérisé en ce que, su débouché dans la chambre de combustion du canal canalisant le courant d'air secondaire, il est prévu, pour stabiliser la flamme annulaire se développant à cet endroit, un disque de barrage de forme circulaire. Les dispositions conformes à l'invention avec les caractéristiques définies ci-dessus présentent, par rapport aux solutions connues, l'avantage que même dans les zones de fonctionnement avec un excès d'air réduit, ou bien dans les zones de puissance réduiteJ ou étranglées, les différences dans la composition du carburant et dans la pression du foyer, n'ont qu'une action insignifiante et qu'il en résultevau moins au débouché du courant d'air secondaire dans la chambre de combustion, une flamme stable telle qu'on la connait dans des bradeurs classiques à mazout bruant en flamme jaune. Le brûleur peut être exploité sans dépôt de suie avec un excès d'air minimal sans que la flamme devienne instable.Grâce à un dimensionnement approprié des grandeurs influençant la combustion, on peut obtenir que seulement 15 so environ de la quantité d'air comburant totale soit utilises comme air primaire si bien qu'environ 85 % de la combustion s'effectuent avec l'air secondaire dans des conditions stables. Dans la zone de vaporisation, dans la zone médiane de la plaque frontale, s'instaure une combustion ou bien une pré-combustion d'une partie du mélange carburant-air, de couleur bleue et également exempte de suie, qui n'est pourtant pas stabilisée par un stabilisateur de flamme. Comme il s'agit ici toutefois au plus de 15 % de l'ensemble de la réaction de combustion, la stabilité d'ensemble de la flamme n'est influencée que dans une mesure pratiquement négligeable. Grâce à d'autres caractéristiques de l'invention, d'autres formes avantageuses des dispositions indiquées cidessus sont possibles. Lorsqu'il est prévu que le disque de barrage est muni pour le passage de l'air secondaire, de plusieurs fentes régulièrement réparties sur sa périphérie et s'étendant de préférence au moins approximativement dans la direction radiale, les plans selon lesquels ces flammes débouchent dans la chambre de combustion formant un angle avec le plan du disque, le courant d'air secondaire est également soumis lors de son entrée dans la chambre de combustion, à une giration qui peut, de préférence avoir le même sens de giration que le courant d'air pri maire dans la chambre de turbulence que le mélange carburantair dans et en aval de l'orifice diaphragmé dans la plaque frontale.Il en résulte danssce cas, une giration particulièrement accentuée de la flamme annulaire, qui conforte encore la stabilité de la combustion0 Ceci a une action particulièrement avantageuse lorsque le bradeur est exploité avec une puissance étranglée, d'autant plus que le braleur grâce à sa construction conforme au type initialement défini et gracie à ses carac- téristiques fonctionnelles, peut traiter avantageusement de petites quantités de carburant. L'amenée d'air secondaire dans la chambre de combustion peut être réglée en prévoyant que, entre le bord ex- terne du disque de barrage et une partie tubulaire du boîtier, entourant extérieurement le canal pour le courant d'air secondaire, soit ménagée une fente annulaire, à travers laquelle une partie du courant d'air secondaire parvient dans la chambre de combustion sans entre mis en giration.Le disque de barrage, ainsi de préférence que la buse de pulvérisation et la chambre de turbulence, est susceptible d'être déplacé axialement, tandis que la fente annulaire est ménagée entre le bord externe du disque de barrage et un épaulement interne dans la partie tubulaire du bottier. L'épaulement interne est constitué par une transition conique entre deux tronçons de diamètres différents de la partie tubulaire du bottier. En amont du disque de barrage et dans la zone de son orifice, et de préférence dans la zone d'une échancrure sur le bord du disque de barrage, deux électrodes d'allumage peuvent être prévues, si bien que l'étincelle d1allu- mage peut être soufflée par le courant d'air secondaire dans la zone de combustion. Il est particulièrement avantageux de prévoir que lors de la mise en route du brûleur, la pression de l'air- pri- maire est abaissée de façon transitoirè, par exemple à 0,1 bar, et qu'ensuite elle est rapidement élevée à nouveau à la pression de fonctionnement0 En tant qu'aide au démarrage, i] convient par exemple de prévoir une soupape magnétique à dérivation sur la canalisation de liaison entre le compresseur d'air et la buse de pulvérisation, cette soupape pendant le démarrage permettant de souffler une grande partie de l'air dans l'environnement et nese fermant que lorsque le contrôle de flamme annonce la présence de la flamme, T'invention va entre expliquée plus en détail en se référant à un exemple de réalisation représenté sur les dessins ci-joints dans lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un brûleur à pulvérisation d'huile, - la figure 2 est une coupe selon la ligne Il-Il de la figure 1, - la figure 3 est une coupe à plus grande échelle selon la ligne ITI-III de la figure 2, - la figure 4 montra les conditions d'écoulement dans le brûleur pendant le fonctionnement. Le brdleur comporte un boîtier tubulaire 10, dont l'extrémité frontale antérieure 12, après le montage du brûleur sur une chaudière, fait saillie dans le bottier de celle-ci, Dans le bottier 10 s'étend centralement un tube 14 pour l'alimentation en huile et concentriquement à ce tube un tube de plus grande dimension 16 pour l'amenée d'un courant primaire d'air comburant. A l'extrémité du tube 14 est placée une buse de pul vérisation 18 qui comporte plusieurs canaux d'injection diver gents ou bien un canal annulaire élargissant coniquement pour former un cône de pulvérisation.Le tube 16 aboutit à un espace annulaire 20 à l'intérieur d'un boiter 22, lequel est relié par l'intermédiaire de canaux tangentiels 24 (figure 2) avec une chambre de turbulence 26 disposée directement en aval de la buse de pulvérisation 18. Les canaux 24 sont formés dans un corps annulaire 28 qui centre le tube 14 y compris la buse de pulvérisation 18 et qui est fixé sur une plaque frontale 30 qui de son côté, est reliée au bottier 22. La plaque frontale 30 comporte un orifice diaphragmé 32 délimité par un bord annulaire étroit 34 auquel se raccorde une surface conique 36 qui se transforme en une surface latérale 38, opposée à la chambre de turbulence 26, de la plaque frontale. En aval de la plaque frontale 30, une chambre de combustion 40 est ménagée dans le boîtier 10 du brûleur, cette chambre de combustion étant entourée par le tronçon 42 du bot- tier 10 et qui par un épaulement conique 44 se transforme en un tronçon 46 de plus petit diamètre du bottier0 le tronçon 46 délimite avec le tube 16 et le boîtier 22, un canal de section transversale annulaire 48, par l'intermédiaire duquel un courant d'air secondaire refoulé par un ventilateur, non représenté, parvient dans la chambre de combustion 40.Dans la zone de 1' é- paulement 44 et du bottier 229 un disque de barrage 50 est disposé dans le canal 48, , le bord extérieur 52 de ce disque délimitant avec l'épaulement 449 une fente annulaire 540 Le dis que de barrage 50 est maintenu sur le tube 16 et peut, en meme temps que celui-ci, et que le tube 14 et la buse de pulvérisa tion 18, être déplacé axialement, de sorte que l'ouverture de la fente annulaire 5 peut etre modifiée Le disque de barrage 50 comporte plusieurs fen- tes radiales 58 régulièrement réparties sur sa périphérie, qui partent du bord interne 6Q du disque de barrage et qui s tendent jusqu'au voisinage du bord externe 52 de ce disque de barrage. les fentes 58 sont ménagées entre des languettes 64 relevées à partir du plan 62 (figure 3) du disque de barrage et les bords de perforation 66 se situant dans le plan 62, si bien que les plans 68 dans lesquels débouchent les fentes 58 forment un angle avec le plan 62 du disque0 la disposition est telle que le courant d'air secondaire pénétrant dans la cham- bre de combustion 40 à travers les fentes 58, a la m8me direction de giration que le courant d'air primaire parvenant dans la chambre de turbulence 26 par l'intermédiaire des canaux 24. Le disque de barrage 50 comporte sur son bord interne 60, une échancrure locale 70 en amont de laquelle deux électrodes d'allumage 72 font saillie dans le courant d'air secondaireS comme cela est indiqué sur la figure 2.Du tube 16 dérive une canalisation de dérivation 74 controlée par une soupape 76 qui est influencée par un appareil de régulation 78. On va maintenant décrire en se référant à la figure 4, le monde de fonctionnement du brûleur Au cours du fonctionnement du brûleur, de l'huile sous pression est amenée par l'intermédiaire du tube 14 à la buse de pulvérisation 18,dont elle s'échappe par exemple sous la forme d'un cône de pulvérisation 80.Simultanément, l'air primaire arrive par le tube 16 dans la chambre 20, et de là par l'intermédiaire des canaux tangentiels 24 dans la chambre de turbulence 26 où cet air primaire entre en contact avec le c8ne de pulvérisation 80 du carburant et engendre l'écoulement tourbillonnaire avec une forte giration0 Cet écoulement parvient dans la zone de son fond avec un mélange croissant de carburant et d'air à travers l'orifice diaphragmé 32 de la plaque frontale 30 dans la chambre de combustion 40, où du fait des forces centrifuges et de l'effet appelé effet Coanda il s'écoule sous la forme d'un jet de paroi mince contre les surfaces 36 et 38 de la plaque frontale 30 vers l'extérieur0 Sur la figure 4, cet écoulement du mélange carburant-air est matérialisé par les lignes d'écoulement 82. La partie principale de la quantité d'air comburant , 85 % environ dans le cas de l'exemple de réalisation, est amenée sous forme de courant d'air secondaire par le canal 48 dans la chambre de combustion 40. Une partie du courant d'air secondaire indiquée par les lignes d'écoulement 84 pénètre à travers les fentes 58 du disque de barrage 50, en étant mis en giration, et le reste du courant d'air secondaire indiqué par la référence 86 pénètre à travers la fente 54 entre le disque de barrage 50 et le bottier 10, sans être mis en giration dans la chambre de combustion 40. Dans la zone annulaire 88 de la chambre de combustion 40 se situant en aval du disque de barrage 50, le courant d'air secondaire 84 86 se mélange avec l'écoulement 82 fortement enrichi en carburant, gråee à quoi il se constitue dans la zone annulaire 88 un mélange carburant-air susceptible d'être facilement allumé par les électrodes d'allumage 72. Les étincelles d'allumage sous l'action de l'écoulement d'air secondaire à travers 11 échancrure 70 dans le disque de barrage 50p sont soufflées dans le jet de paroi 82. Après 11 allumage du mélange, une flamme annulaire puissante s'établit dans la zone annulaire 88, cette flamme étant en giration mais toutefois stabilisée en direction axiale contre le disque de barrage 50. le recyclage de gaz de combustion chauds intervenant après établissement de la flamme annulaire, et qui est indiqué par les lignes d'écoulement 90, est soutenu par la dépression qui se produit au coeur de l'écoulement tourbillonnaire dans la zone de l'orifice diaphragmé 32. Les gaz de combustion en retour aboutissent sans obstacle sur le jet de paroi 82 > ce qui provoque une vaporisation rapide de celui-ci et la combustion ou la pré-combustion d'une petite partie du mélange0 Cette petite partie n'est certes pas stabili sée, ce qui toutefois nlinfluence pas pas défavorablement l'ensemble de la réaction de combustion, car environ 85 % de la combustion s'effectuent avec l'air secondaire dans des conditions stables dans la zone annulaire 88e Lors de l'allumage du bruleur il est avantageux que la pression du courant d'air primaire soit abaissée à environ 0,1 bar. Le brûleur fonctionne alors avec une flamme jaune. L'abaissement de la pression est contrôlé par le régulateur 78 qui9 à cet e:cfet, ouvre transitoirement la soupape 76, ai bien que la pression dans le tube 16 peut s'abaisser par rapport à la pression atmosphérique. Lorsque la flamme annulaire s'est établie dans la zone annulaire 88, le régulateur 78 ferme, par exemple sur un signal d'un contrôleur de flammes non représenté, la soupape 76, grâce à quoi la pression dans le courant d'air primaire s'élève rapidement à nouveau à la pression de fonc- tionnement. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Brûleur à gazéification d'huile, notamment pour des chaudières d'installation de chauffage central, avec une buse de pulvérisation pour le carburant, cette buse débouchant dans une chambre de turbulence comportant à la périphérie au moins un orifice dirigé de préférence tangentiellement pour l'introduction d'un courant d'air primaire, et étant protégé vis à vis d'une chambre de combustion par une plaque frontale munie d'un orifice central diaphragmé, tandis que contre la paroi frontale, située du c8té de la chambre de combustion, de cette plaque frontale, le mélange carburant/air pénétrant à travers l'orifice diaphragmé s'écoule vers l'extérieur, par suite de l'effet Coanda et sous l'influence des forces centrifuges, sous la forme d'un jet de paroi relativement minee avec des composantes radiales, est alors vaporisé sous l'action des gaz de combustion recyclés, et parvient, imbrûlé dans sa ma jeure partie, dans un courant d'air secondaire dans un canal de section transversale annulaire entourant concentriquement la partie précédemment décrite, canal dans lequel il brûle avec une flamme annulaire entourant la zone de vaporisation sur la plaque frontale, brûleur caractérisé en ce que au au débouché dans la chambre de combustion (40) du cana9 (48) canalisant le courant d'air secondaire, il est prévu, pour stabiliser la flamme annulaire se développant à cet endroits un disque de barrage (50) de forme circulaire0 2.- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque de barrage (50) est muni, pour le passage de l'air secondaire, de plusieurs fentes (58) régulièrement réparties sur sa périphérie et s'étendant de préférence au moins approximativement dans la direction radiale les plans (68) selon lesquels ces flammes débouchent dans la chambre de combustion formant un angle avec le plan (62) du disque. 3.- Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les plans (68) selon lesquels les fentes (58) dans le disque de barrage (50) ddbouchent dans la chambre de combustion9 forment avec le plan (62) du disque un angle te2 que le courant d'air secondaire pénètre dans la chambre de combustion (40) avec la même direction giratoire que le courant d'air primaire dans la chambre de turbulence (26). 4.- Brûleur selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 3, caractérisé en ce ce que, entre le bord externe (52) du disque de barrage (50) et une partie tubulaire (10) du boîtier, entourant extérieurement le canal (48) pour le courant d'air sa condaire, est ménagée une fente annulaire (54) , à travers la- quelle une partie du courant d'air secondaire parvient dans la chambre de combustion (40) sans être mis en giration. 50- Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le disque de barrage (50), ainsi de préférence que la buse de pulvérisation (18) et la chambre de turbulence, (26), est susceptible entre déplacé axialement, tandis que la fente annulaire (54) est ménagée entre le bord externe (52) du disque de barrage (50) et un épaulement interne (44) dans la partie tubulaire (10) du boîtier. 6.- Brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaulement interne (44) est constitué par une tran- sition conique entre deux tronçons (42, 46) de diamètres diffé- rents de la partie tubulaire (10) du bottier. 7.- Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, avec au moins une électrode d'allumage, brûleur caractérisé en ce que l'électrode d'allumage (72) est disposée dans le courant d'air secondaire en amont d'un orifice (70) dans le disque de barrage (50). 8.- Brûleurs selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'orifice (70) est constitué par une échancrure sur le bord annulaire interne (60) du disque de barrage (50). 9.- Brûleur selon l9une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la canalisation (16) d'air primaire est contrôlée par un dispositif de commande (78) qui, lors de la mise en route du brûleur, abaisse transitoirement la pression de l'air primaire au-dessous de la pression nominale de fonctionnement.