Brevet FR2492507A1 — publié le 19820423

BRULEUR A GAZ A GRANDE PUISSANCE. La présente invention concerne, d'une manière générale, un brûleur à gaz à grande puissance. Les brûleurs a gaz a- grande puissance connus a ce jour sont ceux dans lesquels un mélange intime de gaz combustible et d'air de combustion est réalisé a l'intérieur du brûleur de telle sorte que, la réaction de combustion soit sensiblement limitée a l'intérieur du brûleur et qu'un courant à gran de vitesse des gaz chauds de combustion sorte du brûleur. Des brûleurs à gaz de ce type sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amerique nQ 3 265 113 et 3 720 495,tous deux au nom du titulaire de la présente demande ainsi que dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nt 3 485 566. Dans ces types de brûleurs, 1'air de combustion est introduit à l'intérieur de la chambre de combustion selon un mc vement tourbillonnant de manière à ce qu'il provoque la création d'un vortex à la partie arrière de la chambre de combustion. Le gaz combustible est introduit dans la chambre de coir bustion selon l'axe du vortex crée à l'intérieur de ladite chambre de combustion. Bien que de tels brûleurs fonctionnent de manière satisfaisante, l'introduction du gaz combustible dans l'axe du tourbillon d'air de combustion provoque des pul sations à l'extrémité de la flamme à l'intérieur du brûleur qui,à leur tour, ont pour conséquence d'entraîner une combustion instable, des vibrations ainsi qu'un niveau de bruit éle vé. La présente invention concerne un nouveau type de brûleu qui permet d'éliminer ces inconvénients. Le brûleur à gaz à grande puissance selon l'invention es du type comportant - une chambre de combustion allongée, - des moyens permettant d'introduire l'air de -combustion à l'intérieur de ladite chambre dans un mouvement tourbillonnaire pour créer un vortex d'air de combustion, - et un injecteur de gaz combustible permettait d'introduire ledit gaz à l'intérieur de la chambre de combustion et dans le vortex créé par l'air de combustion tourbillonnant in troduit dans cette chambre, et il se carctc--rise par le fait que l'injecteur de gaz combustible est positionné5 par rapport à la chambre de combustion, de telle sorte que le gaz soit introduit dans l'air de combustion tourbillonnant à l'intérieur de la chambre en un ou plusieurs points décalés par rapport à l'axe du vortex créé par l'air. Un tel mode de réalisation permet d'obtenir un mélange plus complet du gaz combustible et de l'air de oembustiongraoe auquel l'effet de pulsation de l'extré:té de la flamme à l'in- térieur de l'appareil est réduit de manière importante. Cela peut met d'obtenir une combustion beaucoup plus stable du mélange gaz-air qui entraîne des émissions de monoxide de carbone beaucoup plus faibles à la sortie de l'appareil, des longueurs de flamme plus courtes et une réduction substantielle du niveau de bruit du brûleur durant son fonctionnement. Selon une réalisation préférée, l'appareil conforme à l'invention comporte - une enceinte creuse externe présentant une extrémité frontale et une extrémité arrière5 - une paroi frontale fermant l'extrémité frontale de ladite enceinte externe, une paroi arrière fermant l'extrémité arrière de ladite enceinte externe, - un fourreau interne creux comportant une extrémité frontale et une extrémité arrière, supporté à l'intérieur de ladite enceinte et disposé sensiblement coaxialement avec elle, pour former un passage d'air entre la paroi externe et le fourreau interne, l'extrémité frontale dudit fourreau interne débouchant au travers de la paroi frontale de l'enceinte et l'ex- trématé arrière dudit fourreau interne étant espacée d'une cer- taine distance de la paroi arrière de l'enceinte, - une entrée d'air de combustion dans ladite enceinte externe permettant d'admettre de l'air dans le passage, l'air s'é- coulant sous la forme d'un tourbillon dans ledit passage autour du fourreau interne de manière à produire un vortex d'air de combustion dans ledit fourreau interne, - un injecteur de gaz combustible traversant la paroi ar trière et débouchant à l'intérieur du fourreau interne, ledit injecteur de gaz ayant une ou plusieurs extrémités ouvertes afin d'envoyer un ou plusieurs jetS de gaz combustible à l'intérieur dudit fourreau interne entre l'axe et la paroi interne de ce fourreau grâce à quoi le ou les jets sont décalés par rapport à l'axe du vortex. L'invention sera cependant miéux comprise grâce à la description qui suit, donnée à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustrée par les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation de côté, en coupe, d'un exemple de brûleur à gaz réalisé conformément à 1'invention, - la figure 2 est une vue en coupe prise selon la ligne 2-2 de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe prise selon la ligne 3-3 de la figure 1, - la figure 4 est une vue partielle, en coupe,agrandie, depuis l'extrémité arrière du dispositif selon la figure 1, - la figure 5 est une vue partielle en coupe, agrandie, similaire à la figure 4 mais illustrant une forme modifiée du dispositif réalisé conformément à l'invention, et, - la figure 6 est une vue partielle agrandie, en coupe, prise selon la ligne 6-6 de la figure 5. Si l'on se reporte aux figures 1 a 4, le dispositif selon l'invention qui est désigné par la référence générale 10 comporte une enceinte externe 12, creuse, sensiblement cylindrique présentant une extrémité frontale 14 reliée à une paroi frontale 18 et une extrémité arrière 16 reliée à une paroi arrière 20. A l'intérieur de l'enceinte externe 12, et espacé de la surface interne de celle-ci, se trouve un fourreau interne 22 qui forme une chambre de combustion, ce fourreau interne 22 définissant avec la surface de l'enceinte 12 un passage d'air annulaire 24. Sur une partie de la paroi externe 12 est prévue une entrée d'air 26, en forme de volute, permettant de diriger l'air de combustion à l'intérieur du passage 24 de telle sorte que cet air s!écoule à travers ce passage et soit dirigé, d'une manière générale, tangentiellement à la périphérie interne de l'enceinte externe de manière à provoquer l'écoulement de l'air sous la forme d'un trajet hélicoidal en ayant un mouvement tourbillonnant. L'air de combustion peut être de l'air atmosphérique, de l'oxygène ou un mélange d'air atmosphérique et d'oxygène. Dans le mode de réalisation illustré, la partie arrière de l'enceinte externe 12 et la partie arrière du fourreau interne ont une forme tronconique convergeant vers l'extrémité arrière 16. La partie frontale du fourreau interne est de préférence de forme tronconique convergeant vers l'ex trémité frontale 30 qui traversera paroi frontale 18 de l'enceinte externe 12. Par tailleurs, la partie arrière 28 du fourreau interne 22 est espacée, d'une distance déterminée, de la paroi arrière 20 de l'enceinte externe 12 ce qui permet l'écoulement de l'air de combustion à travers le passage 24 et son introduction à l'intérieur du fourreau interne 22 par l'extrémité ouverte 28 de ce fourreau.Comme cela est représenté en figure 2, l'extrémité frontale du fourreau interne 22 peut converger d'une manière telle qu'une sortie étroite allongée 32 soit formée à l'extrémité frontale 30 ; cette sortie 32 peut également être de forme circulaire. Le fourreau interne 22 et la paroi externe 12 sont, de préférence, positionnés coaxialement. Un injecteur de gaz combustible 34 est fixé de manière étanche à la paroi arrière 20 de l'enceinte externe 12 et traverse cette paroi. La paroi arrière 20 est de préférence montée de manière amovible à l'enceinte externe 12 au-moyen d'un rebord de liaison ; l'injecteur de gaz combustible comporte un rebord permettant sa liaison à une source de gaz combustible sous pression et ce au moyen d'un conduit approprié. D'une manière similaire, l'entrée d'air de combustion 26 de l'enceinte externe 12 comporte un rebord permettant sa liaison à une source d'air de combustion sous pression. L'extrémité ouverte 36 de l'injecteur 34 est disposée à l'intérieur et à l'arrière du fourreau 22. Bien que l'injecteur 34 puisse avoir une grande variété de configurations, dans la forme illustrée aux figures 1 à 4, il comporte une section cylindrique arrière 38 fixée à une partie coudée frontale 40 par l'intermédiaire d'une partie tronconique convergente 42. Dans cette forme de réalisation, la partie cylindrique arrière 38 et la partie tronconique 42 sont disposées coaxialement au fourreau interne 22 et à la paroi externe 12, la partie coudée 40 permettant de positionner l'extrémité ou verte 36 de l'injecteur 34 dans une zone située entre l'axe du fourreau interne 22 et la surface périphérique deoe fourreau. De plus, l'extrémité ouverte 36 de l'injecteur 34 est de pr férence disposée de telle sorte que le gaz combustible sorte de l'injecteur 34 dans une direction dirigée vers la paroi interne du fourreau interne 22. Une pluralité d'orifices d'i piration d'air 44 sont disposés dans la partie coudée 40 de l'injecteur 34, de préférence de manière adjacente à l'extra mité ouverte 36 de cet injecteur. Un ensemble d'allumage 46 qui, dans une forme de réalisation, peut etre un dispositif d'allumage à étincelles est fixé à travers la paroi arriere 20 de l'enceinte externe 12 de telle manière que son extrémi té active 48 soit disposée de manière adjacente à l'extrémit ouverte 36 de l'injecteur 34. Le fonctionnement d'un tel dispositif 10 est le suivant L'air de combustion est introduit à l'intérieur du passage 2 par l'intermédiaire de l'entrée 26 de la paroi externe 12 et suit un trajet hélicoïdal à travers le passage 24 vers l'extrémité arrière 16 de la paroi externe 12. Cela communique u mouvement tourbillonnant à l'air et lorsque celui-ci atteint l'extrémité arrière 16 de la paroi externe 12, l'air de combustion entre à l'intérieur du fourreau interne 22 au traver de l'ouverture 28 que présente ce fourreau, ce qui permet de créer un vortex, disposé coaxialement, dans la zone comprise entre l'extrémité arrière 28 du fourreau interne 22 et la pa roi arrière 20 de l'enceinte externe 12.Le gaz de combustio est introduit à l'intérieur du fourreau interne 22 dans une zone qui est décalée par rapport à l'axe du vortex ainsi cré c'est-à-dire, tel que cela est illustré, dans une zone décal par rapport à l'axe du fourreau interne 22. Le gaz de combus tion amené à l'injecteur 34 est sous pression et sort par 1' trémie ouverte 36 de la partie coudée 40 sous la forme d'un jet à grande vitesse qui vient frapper la paroi interne du fourreau interne 22 et est mélangé avec l'air de combustion tourbillonnant s'écoulant à travers le fourreau interne 22 dans rsne zone décalée du vortex créé par l'air de combustion Le mélange résultant d'air de combustion et de gaz combustib est brulé substantiellement l'intérieur du fourreau interne 22 et les produ5;ts chauds de con stior. sont évacués du four reau interne 2@ ;-rr l'extrémité frontale ouverte 30 de ce fo reau. Les orifices d'inspiration d'air 44 disposés dans l'injecteur de gaz combustible 34 inspirent essentiellement l'air à l'intérieur du gaz combustible s'écoulant à travers l'injecteur 34 avant l'allumage du gaz combustible ce qui contribue à avoir une combustion stable du mélange air-gaz combustible à l'intérieur du fourreau interne 22. Comme dit précédemment, du fait que le gaz combustible est introduit à l'intérieur du fourreau interne 22 sous la forme d'un jet à grande vitesse dans une zone décalée par rapport au vortex créé par l'air de combustion à l'intérieur de l'appareil 10, on obtient un mélange plus complet de l'air et du gaz et par ailleurs, la pulsation du front de flamme à l'intérieur du fourreau interne 22 est réduite fortement par rapport aux bruleurs de gaz antérieurs de grande puissance. On obtient une combustion plus stable qui, par ailleurs, permet d'abaisser les émissions de monoxide de carbone sortant de l'appareil 10, de raccourcir la longueur de flamme produite et de réduire fortement le niveau du bruit durant le fonctionnement dudit appareil De plus, étant donné que le gaz combus- tible est introduit a l'intérieur du fourreau interne 22,sous la forme d'un jet à grande vitesse en dehors du vortex créé par 1'air de combustion, on réduit Ogalemnt de manière impor- tante 1 risque de retour de la flamme durant la mise en route et le fonctionnement de l'appareil 10. Les figures 5 et 6 illustrent une forme modifiée d'un brûleur conforme à l'invention. Dans cette variant, par rapport au dispositif décrit précédemment, la principale modifi- cation réside dans l'injecteur 3e qui est remplacé par un in esteur 62 ayant une configuration différente.Ce brûleur,qui sera désigné par la référence générale 6Q comporte une enceinte externe 64, une paroi arrière 66 et un fourreau interne 68 ainsi qu'un allumeur a étincelles 70, ces éléments correspondant aux parties 12, 20, 22 et 46 de l'appareil 10 décrit précédemment. L'injecteur de gaz combustible 62 se différencie de l'in- vecteur 34 de l'appareil 10 en ce qu'il ne comporte pas de partie tronconique et, qu'en outre, au lieu de présenter une extrémité coudee il comporte une extrémité 72 en forme de T présentant une paire d'oùvertures opposees 74 et 76 permettant de délivrer le gaz.Cette partie en forme de T 72 de l'injecteur 62 est reliée à une section cylindrique 78 qui est fixée, de manière étanche, à travers la paroi arrière 66 et comporte un rebord 80 permettant sa liaison, par.l'intermédiaire d'un conduit approprié,à une source de gaz combustible sous pression. L'injecteur 62 peut comporter une pluralité d'orifices d'inspiration d'air disposés de manière adjacente aux ouvertures 74 et 76 de l'extrémité en forme de T 72 comme cela est représenté aux figures 5 et 6 ; l'injecteur 72 est de préférence disposé coaxialement avec le fourreau interne 68. Le fonctionnement de cet appareil 60 est similaire à celui de l'appareil 10, la différence résidant en ce que le gaz combustible amené sous pression à l'injecteur 62 est délivré à l'intérieur du fourreau interne 68 au travers des ouvertures 74 et 76 de l'extrémité 72. Le gaz combustible sort des ouvertures 74 et 76 sous la forme de deux jets qui viennent frapper les surfaces périphériques internes du fourreau interne 68 et sont mélangés avec l'air de combustion tourbillonnant s'écoulant au travers du fourreau interne 68. Comme pour le fonctionnement du mode de réalisation décrit précédemment, le mélange résultant d'air de combustion et de gaz combustible est brûlé en majorité à l'intérieur du fourreau interne 68 de l'ensemble 60 et les produits chauds de combustion sortent du fourreau interne par l'extrémité frontale ouverte que ce fourreau présente.Un mélange plus complet de l'air et du gaz est obtenu et l'on réduit de manière importante la pulsation du front de flamme à l'intérieur du fourreau interne 68 par rapport au brûleur à gaz de grande puissance antérieur dans lequel le gaz combustible est introduit dans le vortex. On obtient les mêmes résultats améliorés que ceux décrits précédemment pour le dispositif 10. Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment.: Ainsi, au lieu d'utiliser une introduction tangentielle et un passage d'air tel que décrit précédemment avec les dispositifs 10 et 60, d'autres structures pourraient être utilisées pour communiquer un mouvement tourbillonnant à l'air de combustion. Par exemple, des vannes ou autres structures similaires pourraient être reliées au fourreau interne 22 à son extrémité arrière 28. Si d'autres solutions sont adoptées pour cormnniquer un mouvement tonb tnaire à l'air de combustion et pour l'introduire dans la chambre de combustion, il est évident que l'injecteur de gaz combustible sera positionné, conformément à l'invention, de manière à introduire un ou plusieurs jets de gaz à l'intérieur de la chambre dans laquelle la combustion se produit en un ou plusieurs points situés entre l'axe et une surface de la chambre, de manière décalée par rapport à l'axe du vortex créé par l'air de combustion tourbillonnant. REVENDICATIONS 1/ Brûleur à gaz à grande puissance du type comportant - une chambre de combustion allongée, - des moyens permettant d'introduire l'air de combusti à l'intérieur de ladite chambre dans un mouvement tourbillo naire pour créer un vortex d'air de combustion, - et un injecteur de gaz combustible permettant d'intr duire ledit gaz à l'intérieur de la chambre de combustion e dans le vortex créné par l'air de combustion tourbillonnant troduit dans cette chambre, caractérisé par le fait que l'injecteur de gaz (36), (74), (76) est positionné, par rapport à la chambre de combustion de telle sorte que le gaz soit introduit dans l'air de combi tion tourbillonnant à l'intérieur de la chambre en un ou pli sieurs points décalés par rapport à l'axe du vortex créé par l'air. 2/ Brûleur à gaz à grande puissance selon la revendit tion 1 comprenant : - une enceinte creuse externe (12), présentant une extz mité frontale (14) et une extrémité arrière (16), - une paroi. frontale (18) fermant l'extrémité frontale (14) de ladite enceinte externe (12), - une paroi arrière (20) fermant l'extrémité arrière (] de ladite enceinte externe (12), - un fourreau interne (22) creux, comportant une extrér té frontale et une extrémité arrière, supporté à I'intérieul de ladite enceinte externe (12) et disposé sensiblement cota, lement avec elle, pour former un passage d'air entre la parc externe (12) et le fourreau interne (22), l'extrémité frontc dudit fourreau interne (22) débouchant au travers de la parc frontale (18) de l'enceinte ()2) et l'extrémité arrière dudit fourreau interne (22) étant espacée d'une certaine distance de la paroi arrière (20) de 17enceinte, - une entrée d'air de combustion (26) dans ladite encei te externe (12) permettant d'admettre de l'air dans le passa l'air s' écoulant sous la forme d'un tourbillon dans ledit pa sage autour du fourreau interne de manière à produire un vol tex d'air de combustion dans ledit fourreau interne, - un injecteur de gaz combustible (34) traversant la paroi arrière (20) et débouchant à 1 intéfleur du fourreau in- terne (22), caractérisé par le fait que ledit injecteur de gaz combustible (34)-(78) comporte une ou plusieurs extrémités ouvertes permettant d'envoyer un ou plusieurs jets de gaz combustible t36), (74), (76), à l'intérieur dudit fourreau interne (22) entre l'axe et la paroi interne de ce fourreau grace à quoi le ou les jets sont décalés par rapport à l'axe du vortex. 3/ Brûleur à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fourreau interne g22), (68) comporte une partie tronconique (28) convergeant vers l'extrémité arrière (20) et une partie tronconique (30) convergeant vers l'extrémité frontale, l'enceinte externe (12), (64) ayant une forme telle que le fourreau interne (22) et ladite enceinte soient position- nées coaxialement. 4/ Brûleur à gaz selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'injecteur de gaz combustible (34) comporte une pluralité d'orifices d'inspiration d'air (44). 5/ Brûleur à gaz selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'injecteur de gaz (34) comporte une partie tronconique (42) convergente vers son extrémité frontale. 6/ Brûleur à gaz selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'injecteur en gaz (34) comporte une partie coude frontale (40) grâce Q laquelle un jet de gaz combustible peut être injecté en un point situé entre l'axe et la paroi interne de la chambre de combustion. 7/ Brûleur à gaz selon l'une des revendications 1 à 5, caractérise par le fait que l'injecteur de gaz combustible comporte une partie frontale (72) en forme de T présentant une paire d'ouvertures opposées (74), (76)-permettant de déli- vrer le gaz sous la forme de deu jets débouchant en des points situés entre l'axe et la paroi interne de la chambre de combustion.