Brevet FR2500119A1 — publié le 19820820

La présente invention concerne un brûleur avec recyclage des produits de combustion, pour combustibles fluides, dans lequel les gaz de combustion sont ramenés dans la chambre de pré-combustion en amont du diffuseur, pour être recyclés par l'effet d'aspiration induit par l'air de combustion, ce brûleur comportant une ouverture d'amenée d'air située dans l'alignement du diffuseur, mais éloignée de ce diffuseur et comprenant un gicleur pour l'injection des combustible, avec une disposition excentrée par rapport au diffuseur. Un brûleur de ce genre est déjà décrit par la demande de brevet allemand D E-O S 25 07 129. Dans le cas de cet appareil, comme dans d'autres brûleurs avec recyclage des produits de combustion, des gaz de combustion sont aspirés hors de la chambre de combustion et ramenés dans la chambre de pré-combustion située en amont du diffuseur où s'effectue le mélange des gaz.Pour obtenir que le combustible, injecté dans le brûleur, ne vienne d'abord pas en contact directement avec l'air de combustion, mais avec les gaz de combustion recyclés, pour être éventuellement vaporisé et pour se combiner déjà avec le gaz carbonique et la vapeur d'eau à haute température contenus dans les gaz recyclés avant que ne se réalise dans le diffuseur un mélange intime avec l'air de combustion, il est prévu dans les brûleurs connus que le gicleur pour l'injection du combustible est disposé latéralement, c'est-à-dire en position excentrée par rapport à l'ouverture d'amenée d'air, et de telle manière que le jet de combustible soit dirigé, avec un certain angle d'inclinaison par rapport à l'axe du diffuseur, dans la chambre de pré-combustion qui s'étend entre l'ouverture d'arrivée de l'air et l'entrée du diffuseur. Il s'est avéré que cette réalisation connue pouvait être encore améliorée et, en particulier, que par un dimensionnement et un agencement appropriés des parties constitutives essentielles du brûleur, l'on pouvait obtenir une combustion avec flamme bleue, dans des conditions optimales d'utilisation du combustible. L'invention a pour but de fournir un brûleur avec recyclage des produits de combustion qui, en comparaison avec les brûleurs connus, procure un débit plus élevé de gaz recyclés pour une même chute de pression de l'air arrivant au brûleur, ce qui permet l'obtention d'un meilleur comportement à la mise en route du brûleur, d'une "préparation" plus homogène du combustible et d'une sécurité renforcée vis-à-vis des phénomènes pulsatoires. A cet effet, l'invention prévoit essentiellement que, dans ce brûleur, une cloison déflectrice, fermant une chambre de combustion, est disposée sensiblement perpendiculairement à ltaxe du diffuseur tenu par une autre cloison interne transversale, la cloison déflectrice étant située à distance du diffuseur pour assurer le guidage des gaz de combustion destinés à être recyclés, et comportant aussi au moins une ouverture pour la sortie de ces gaz lors de la chambre de combustion, vers un foyer de chaudière ou similaire, tandis que la cloison interne transversale précitée comporte au moins une ouverture décalée par rapport au diffuseur et prévue de manière à amener les gaz recyclés dans la région du gicleur d'injection de combustible. Grince à cet agencement, concernant en particulier la réalisation de la chambre de combustion du brûleur, l'on obtient que le combustible, au lieu d'être injecté dans un mélange d'air de combustion et de gaz recyclés, est injecté exclusivement dans les gaz recyclés. Ainsi, c'lest seulement après "préparation" complète du combustible que le mélange de combustible et de gaz recyclés parvient dans le courant d'air de combustion. Ceci a pour résultat l'obtention, dans le cas du brûleur selon l'invention, de valeurs d'émission de chaleur particulièrement intéressantes. De toute façon, l'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes de réalisation de ce brûleur. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un brûleur avec recyclage des produits de combustion, conforme à la présente invention; Figure 2 est une vue partielle, en coupe longitudinale, d'une variante de ce brûleur; Figure 3 représente, toujours en coupe longitudinale, mi détail d'une autre variante. Le brûleur, représenté de manière schématique en coupe longitudinale sur la Figure 1, comprend un corps tubulaire 1 de section circulaire ou ovale, dont une extrémité est introduite dans une fente annulaire délimitée par deux parois concentriques 2 et 3 faisant saillie sur une face du foyer 4 d'une chaudière de chauffage ou similaire. La paroi interne 3 entoure une cloison 6 qui ferme la chambre de combustion 5 du brûleur. Dans le cas de la Figure 1, cette cloison 6 constitue une partie intégrante de la paroi du foyer. La cloison 6 peut aussi être constituée par une pièce rapportée appartenant au brûleur et fixée à ce dernier de façon télescopique ou rigide. Enfin, comme illustré par la Figure 2, cette cloison 6 peut, au lieu d'être plane, posséder une forme concave. La partie antérieure du corps 1 porte une première cloison interne transversale 7, qui maintient : une buse 8 faisant office d'ouverture pour l'amenée d'air, un gicleur 9 pour l'injection du combustible, et une électrode d'allumage 10. Dans le prolongement de la bise 8, mais avec un certain espacement axial, est disposé un diffuseur 11, dont l'extrémité de sortie est fixée sur une autre cloison interne transversale 12, qui avec une partie du corps 1 et avec la cloison 6 délimite la chambre de combustion 5. Le montage télescopique du brûleur sur la chaudière permet un réglage du volume de la chambre de combustion 5. La cloison interne 12 comporte au moins une ouverture 13 pour le recyclage des gaz, excentrée et décalée par rapport au diffuseur 11. La cloison 6 comporte au moins une ouverture 14 pour la sortie des gaz hors de la chambre de combustion 5, elle aussi décalée par rapport au diffuseur 11. Le gicleur 9 est entouré d'une enveloppe protectrice 15, séparée de ce gicleur par un certain intervalle en direction axiale et radiale. Comme le montre la Figure 3, l'enve- loppe protectrice 15 peut être raccordée à un conduit 18 amenant de l'air dans ledit intervalle. L'axe du gicleur 9 est orienté de manière sensiblement parallèle à celui du corps 1. L'espace situé sur le côté du diffuseur 11, entre le gicleur 9 et la cloison interne 12, ou l'ouverture de recyclage 13,constitue une chambre de "préparation" désignée par le repère 16, pour le carburant injecté. Le volume se trouvant entre la buse 8 et le diffuseur Il constitue la chambre de pré-combustion habituelle 17. Le diamètre de sortie de la buse 8 est désigné par d, le diamètre interne du diffuseur Il est désigné par D et la longueur de ce diffuseur est désignée par L. k désigne l'aire de la surface tronconique fictive, dont les extrémités sont, d'une part l'arête circulaire délimitant la sortie de la buse 8 et, d'autre part, l'arête circulaire délimitant l'entrée du diffuseur 11. Enfin, F et f désignent, respectivement, l'aire de la section du diffuseur Il et l'aire de la section de ltouverture de recyclage 13. Il s'est avéré que l'on obtient des caractéristiques optimales si le rapport entre la longueur L et le diamètre I > du diffuseur il est égal au moins à i (L : D > , 1). En outre, il convient que le rapport des diamètres du diffuseur Il et de la buse 8 soit égal au moins a 1,5 (D : d # 1,5). Quant au rapport des aires des sections de l'ouverture de recyclage 13 et du diffuseur 11, il devrait être égal au moins a i (f : F > t 1). Enfin, l'aire k de la surface tronconique fictive, délimitant la chambre de pré-combustion 17, devrait être égale au moins à une fois et demie l'aire de la section du diffuseur 11, et être de préférence égale au double de l'aire de la section du diffuseur (1,5 F # k # 2 F). Contrairement aux brûleurs connus, dans lesquels une combustion complète s'effectue à l'intérieur du diffuseur et/ou dans la chambre de combustion 1le brûleur selon l'in vention possède une chambre de combustion 5 si petite que seule une combustion incomplète peut avoir lieu à l'intérieur du brûleur lui-même, la combustion totale du mélange gazeux ne se faisant que dans le foyer 4 de la chaudière. Les contraintes thermiques, auxquelles sont soumises les diverses parties constitutives du brûleur, sont ainsi diminuées et, par ailleurs, l'on obtient un meilleur transfert de la chaleur vers le foyer 4. En cours de fonctionnement, le mélange combustible et de gaz parvient d'abord dans la chambre de pré-combustion 17. De là, il pénètre, mélangé à de l'air frais et/ou de l'air de combustion, dans le diffuseur Il où débute déjà partiellement la combustion. Les gaz de combustion rencontrent ensuite la cloison 6, qui sert de déflecteur pour guider une partie de ces gaz vers ltouverture de recyclage 13, au travers de laquelle ils sont ramenés dans la chambre de "préparation" 16, et pour guider une autre partie de ces gaz vers l'ouverture de sortie 14, au travers de laquelle ils parviennent dans le foyer 4. Les gaz recyclés dans la chambre 16 s'écoulent en direction du gicleur 9. Le combustible injecté à "contrecourant" dans les gaz chauds recyclés est "préparé" de façon complète, avant de parvenir dans la chambre de précombustion 17. L'enveloppe protectrice 15, qui entoure le gicleur 9, protège ce dernier d'un rayonnement thermique trop élevé, et permet même,éventuellement, d'obtenir un refroidissement de ce gicleur 9. Le brûleur objet de l'invention est ainsi le siège d'une combustion en trois étapes. Dans la chambre de "préparation" 16 s'effectue, au contact des gaz recyclés, la vaporisation du combustible, en même temps que se produisent les premières réactions d'oxydation des hydrocarbures. La deuxième étape est constituée par la première phase de la combustion à haute température dans la chambre de combustion 5, dont le volume est suffisamment faible pour que l'air et le carburant ne puissent donner lieu qu'a une réaction incomplète. La troisième étape de la combustion, à savoir la combustion complète, se produit seulement dans le foyer 4 de la chaudière. Les gaz de combustion brûlent, à cet endroit, sans formation de suie et avec une flamme bleue, transparente. REVENDICATIONS 1. Brûleur avec recyclage des produits de combustion, pour combustibles fluides, dans lequel les gaz de combustion sont ramenés dans la chambre de pré-combustion en amont du diffuseur pour être recyclés, par l'effet d'aspiration induit par l'air de combustion, ce brûleur comportant une ouverture d'amenée d'air située dans l'alignement du diffuseur, mais éloignée de ce diffuseur, et comprenant un gicleur pour l'injection de combustible, avec une disposition excentrée par rapport à celle du diffuseur, caractérisé en ce qu'une cloison déflectrice (6), fermant une chambre de combustion (5), est disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe du diffuseur (11) tenu par une autre cloison interne transversale (12), la cloison déflectrice (6) étant située à distance du diffuseur (11), pour assurer le guidage des gaz de combustion destinés à être recyclés et comportant aussi au moins une ouverture (14) pour la sortie de ces gaz hors de la chambre de combustion (5), vers un foyer de chaudière (4) ou similaire, tandis que la cloison interne transversale (12) précitée comporte au moins une ouverture (13), décalée par rapport au diffuseur (11) et prévue de manière à amener les gaz recyclés dans la région du gicleur d'injection de combustible (9). 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gicleur (9) est orienté en direction opposée au courant de gaz recyclés. 3. Brûleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la cloison dçflectrice (6) est de forme concave. 4. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre de combustion (5) est conformée de manière à pouvoir être allongée, de façon télescopique. 5. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gicleur (9) est entouré d'une enveloppe protectrice (15), séparée de ce gicleur par un intervalle en direction radiale et axiale. 6. Brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'intervalle subsistant entre le gicleur (9) et son enveloppe protectrice (15) est raccordé à un conduit d'amenée d'air (18). 7. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport des diamètres (D : d) de l'entrée du diffuseur (11) et de la sortie de la buse (8) amenant l'air est supérieur ou égal à 1,5 (D : d > , 1,5). 8. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rapport entre lalongueur (L) et le diamètre (D) du diffuseur (11) est supérieur ou égal à î (L : D > , 1). 9. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le rapport des aires (f : F) des sections de l'ouverture de recyclage (13) et du dif fuseur (li) est supérieur ou égal à 1 (f : F 1). 10. Brûleur selon ltune quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'aire (k) de la surface tronconique fictive,s'étendant entre la sortie de la buse (8) d'amenée d'air et l'entrée du diffuseur (11), est supérieure ou égale à une fois et demie l'aire (F) de la section du diffuseur (11), et de préférence égale ou double de l'aire (F) de la section du diffuseur (k > , 1,5 F, de préférence k = 2 F). 11. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que sa chambre de combustion (5 3 a des dimensions inférieures à celles nécessaires pour une réaction de combustion complète. 12. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que sa chambre de combustion (5) est de section circulaire ou ovale. 13. Brûleur selon 1'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'une électrode d'allumage (10) est disposée dans la chambre de "préparation" (16), située entre le gicleur (9) et l-'ouverture de recyclage (13).