Brevet FR2505983A1 — publié le 19821119

La présente invention est relative à un appareil destiné à être placé devant le nez d'un brûleur pour améliorer la qualité de la combustion e L'appareil concerne aussi bien des breleurs à combustible liquide que des brûleurs à cembustible gazeux ou Solide , charbon pulvérulent .A titre d'exemple, il peut s'agit d'un brûleur de chaudière On sait que la flamme apparaissant à la sortie d'un -leur difinit diverses zones correspondant à des tempé- -ratures différentes o En particulier, certaines zones sont très chaudes alors que d'autres le sont moins A l'extrémité aval de la flamme, la combustion cesse et l'on constate la plupart du temps que dans cette zone, des produits combustibles restent imbrûlés, et ils sont éva- -cués par la chemine en même temps que les gaz brûlés o On sait que , dans le bilan thermique d'ensemble de la combustion , ces produits imbrûlés correspondent à une perte d'énergie pure et simple La présente invention a pour but d'éviter ces inconvé- -nients en supprimant la présence d'imbrûlés dans les gaz évacués par la cheminée, tandis que par ailleurs, elle vis à homegénéiser les températures tout autour de la flamme, pour viter les zones de @urchauffs et améliorer la qualité de l'échange thermique, entre cette flamme et la paroi qui l'environne , paroi qui peut autre celle d'une chaudière ou d'un four Un appareil selon l'invention , destiné à astre mont dans la flamme, devant le nez d'un brûleur, est caractérisé en ce Qu'il comprend une première paroi transversale perfo- rée qu@ laquelle vient frapper et s'éclater la flamme , la face aval de cette première paroi tant solidaire d'un premier conduit convergent, dont la petite section située à son extrémité aval s'ouvre sur l'extrémité amont , à section encore plus petite, place dans sa partie centrale, d'un second conduit , divergent à l'inté- -rieur duquel sont répartis deux jeux de cloisons, à sa -voir un jeu de cloisons radiales orientes longitudina- -lement et un jeu de cloisons obliques divergentes qui définissent dans la zone axiale de l'appareil un noyau central qui va s'évasant vers l'aval. On comprend qu'un appareil selon l'invention consiste & BR faire apparaître au sein mime de la flammes au moins un effet venturi dans la zone où la flamme sortant du pre -mier conduit convergent vient a'engager à et auteur du second conduit divergent Suivant une autre caractéristique de l'invention , -semble de l'appareil déflecteur est fabriqué en acier réfractaire . Suivant une autre caractéristique de l'invention, les con -duits successifs ont une section transversale carrée ou polygonale Suivant une autre caractéristique de l'invention, les conduits successifs ont une section transversale cir -culaire . Suivant une autre caractéristique de l'invention t au Moins lune des parois de appareil comporte un revê- -tement superficiel susceptible de catalyser la ré- -action de combustion Ce revêtement est constitué par des oxydes de terres rares Le dessin annexé , danné à titre d'exemple nen limi -tatif , permettra de mieux comprendre les caract- -ristiques de ltintention Figure 1 est une vue d'ensemble de l'appareil difleo- -teur selon l'invention t Figure 2 est une coupe partielle suivant II-II (fig.1) Figure 3 est une vue suivant la flèche III ( Fig. 2 ) Figure 4 est une vue de face de la plaque située à l'amont de l'appareil Figure 5 est une vue depuis l'aval, suivant la direc -tion de la flèche Y ( fig. 1) du second conduit divergent de l'appareil Figure 6 en est une vue suivant la direction de la flèche VI ( fig. 5 ) Figure 7 montre un exemple d'utilisation possible,avec montage de deux appareils selon l'invention alignés en cascade . Figure 8 illustre une autre variante d'utilisation pos -sible où plusieurs appareils selon l'invention sont montés à la suite les uns des autres , mais avec des orien -tations différentes, pour dévier la direction géné- -rale de la flamme L'appareil selon l'invention , tel qu'il est illustre sur les figures 1 à 6 est rdalisé en tsle d'acier réfrac- -taire découpée et soudée . I1 se présente sous la for -me d'un ensemble rigide statique qu'on place devant le nez d'un brflleur tel que 1 ( Figure 7 ) afin d'on modifier la flamme 2 L'appareil comprend une première paroi transversale 3 dans laquelle sont découpées des ouvertures telles que 16 ( Figure 4 ) Ces ouvertures peuvent avoir des dimen -sions et des répartitions diverses . Dans l'exemple illustré la plaque transversale 3 a un contour circu - laire La face aval de cette première paroi 3 est solidaire d'un premier conduit convergent 4, sur la grande section amont duquel elle est soudée L'extrémité aval du premier conduit convergent 4 définit une ouverture de petite section 5 qui s'ouvre sur l'ex -trémité amont 6 , & section encore plus petite , d'un second conduit divergent 7 . L'extrémité amont à petite section est disposée du centre de l'ouverture aval 5 où elle est fixée par soudage sur des cloisons longi -tudinales 8 . Ces dernières sont disposées à l'inté- -rieur du premier conduit convergent 4 sur les parois duquel elles font saillie! à la faion de nervures Grâce à cette disposition , lteuverture amont 6 du second conduit 7 communique avec la partie centrale de l'ouverture aval 5 du premier conduit 4 . Par contre, la partie périphérique de cette ouverture aval 5 dé- -finit un interstice annulaire situé autour dê l'ou- -verture amont 6 , comme cela apparat notamment sur les figures 1 et 7 Par ailleurs, des goussets transversaux 9 sont dispo- -sés à l'intérieur de l'ouverture amont 6 du second con -duit afin de matérialiser une sorte de diaphragme qui en réduit la section de passage . Dans le cas illustré sur les dessins, les conduits 4 et 7 sont à section Qarrée, et les goussets 9 sont disposés chacun dans l'un des angles de l'ouverture carrée 6 A l'intérieur du second conduit divergent 7 sont dis -posés par ailleurs deux jeux de cloisons , à savoir - un Jeu de deux cloisons radiales longitudi -nales 10 matérialisant les deux médianes de chaque section carrée - un Jeu de quatre cloisons obliques diver -gentes 11 qui définissent dans la zone axiale de l'ap Appareil un noyau central évasé vers l'ouverture aval 12 . Chacune des cloisons obliques 11 a la forme d'un triangle isocèle et elle est soude sur les faces adjacentes de deux cloisons 10 . Les sommets 12 des quatre triangles isocèles sont situés à proximité de ltouterture amont 6 .Les bases opposées se trouvent au contraire dans la section aval 12 où elles définise -sent un lonange central En variante on peut souder sur la face aval de l1ap Appareil c'est-à-dire sur la grande section 12 du se second conduit divergent 7 une plaque transversale per -forée 13 analogue à la plaque transversale amont 3. Cette plaque aval 13 peut être à contour: circu -laire; et d'un diamètre correspondant sensiblement au ceté du carré définissant l'ouverture aval 12, ainsi que cela apparatt sur la figure 1 Le fonctionnement est le suivant s Lorsque l'appareil déflecteur 3,4,7,13 est placé de -vant le nez d'un brûleur qui émet dans le sens de la flbBhe 14 ( Figure 1 ) un jet combustible allume, une partie de la flamme commence à s'éclater sur les parties pleines de la paroi transversale 3,comme in -diqu par les floches 15 e La partie centrale de la flamme traverse les ouvertures 5 pour d'écouler dans le premier conduit convergent 7 . Les cloisons ou ner -vures longitudinales 8 contribuent à assurer un écou- -lement laminaire, tout en fournissant une importante surface de contact aux gaz de la flamme Les gaz en combustion rejetés par l'ouverture à peti -te section 5 poursuivent leurs trajets de deux façons à savoir - dans la zone centrale de la flamme les gaz 91 engagent dans le second conduit divergent 7 où le noyau central divergent 11 accentue l'effet d'épanouis- -sement sur la flamme en cours de combustion - dans la zone périphérique, les gaz en com -bustion s'échappent comme indiqué par les flèches 17 en passant par l'interstice annulaire délimité à la périphérie de l'ouverture 5 , si bien qu'ils viennent lécher les parois extérieures du second conduit di -vergent 7 , accentuant encore l'effet d'épanouis -sement de la flamme Lorsquten variante on prévoit en outre à l'aval 'une plaque transversale perforée 13 ( figure 1 ) on aug -ment encore l > effet d'éclatement et d'épanouissement de la flamme On voit que l'utilisation d'un appareil déflecteur , se -lon l'invention, permet de soumettre les gaz en cours de combustion à un effet de venturi qui améliore la qualité de la combustion a notamment en supprimant les imbrûlés . Par ailleurs, la réalisation monobloc de l'appareil en têle d'acier permet d'homogénéiser les températures au sein même de la flamme t malgré les grandes dimen -sions que prend celle-ci . On évite ainsi ltappari- -tion de zones locales de surchauffe t ce qui pro -longe la durée de vie de la chaudière ou du four qu'équipe l'appareil Pour améliorer encore la qualité de la combustion , on peut revetii tout ou partie des parois de l'appareil au moyen d'un revêtement catalytique constitué par exemple par des oxydes de terres rares Dans la variante illustrée sur la figure 7 , on intercale entre le deuxième conduit divergent 7 et le premier conduit convergent 4 un troisième conduit divergent 19 dispose de la façon suivante s - L'ouverture amont I8 à petite section du conduit 19 est soudée sur les nervures inté -rieures 8 du premier conduit 4, de façon & définir dans l'ouverture aval 5 à petite section un interstice pEri- sphérique par lequel les gaz peuvent directement s'échap- -per à l'extérieur - par contre, à l'intérieur du troisième conduit divergent 19, on place des nervures qui peuvent strie radiales comme les nervures 8, ou bien centrales et divergentes & la façon du noyau 11,de façon à recevoir dans tous les cas au centre de son ouverture aval 20 à grande section , l'ouverture amont 6 du se second conduit divergent 7 Aini, lorsque le brûleur 1 débite, ou obtient une flam -me 2 à la fois très longue et très larget mais de temp4- -rature et de composition homogène, grace aux nombreux Jets plus ou moins transversaux ou obliques tels que 15, 17,21, et grâce aux effets venturi appliqués par étages successifs au sein même des gaz de combustion t lors -qu'ils traversent les cenduits 4,19,7 Dans la variante illustrée sur la figure 8* on inter -cale entre le premier conduit convergent 4 et le se- -cend conduit divergent 7 , un boîtier intermédiaire coudé 22 . Deux des faces de ce boîtier creux sont ouvertes, situées dans deux plans à 90 degréz pour définir deux ouvertures , à savoir s - une ouverture amont 23 placée dans la zone centrale de l'ouverture aval 5, mais de plus petite section que celle-oi pour définir un interstice périphérique d'où les gaz s'échapperont comme indiqué par les flèches 17 - une ouverture aval 24 sur les nervures 8 de laquelle on soudera au centre l'ouver- -ture amont 6 à plus petite section du deusiame con -duit divergent 7 Autour de l'ouverture amont 6 , l'ouverture 24 défi -mit un interstice périphérique par lequel les gaz on combustion peuvent diverger vers l'extérieur, comme indiqué par les flèches 25 On voit que dans ce cas, la direction 21 pour 11 éjection finale des gaz de comitistion à la sortie du conduit di divergent 7 se trouve sensiblement perpendiculaire à la direction 14 dans laquelle débite le brtleur 1 On obtient ainsi le double avantage suivant 2 - d'une part, la flamme est déviée à quatre vingt-dix degrés environ entre la sortie 14 du brûleur et la direction finale 21 , ce qui convient bien pour cer -tains types de chaudières ; - d'autre part, la flamme 2 qui entoure l'appa -reil de la figure 8 occupe un grand volume dans lequel les températures sont homogénéisées de façon efficace , tout en supprimant les imbrûlés . REVENDICATIONS 1. Appareil déflecteur destiné à être placé devant le nez d'un brûleur pour améliorer la qualité de la combustion , caractérisé en ce qu'il comprend une pre -mière paroi transversale(3) perforée, sur laquelle vient frapper et s'éclater la flamme ( flèches 15 ) , la face aval de cette première paroi(3)étant solidaire d'un premier conduit convergent(4)dont la petite section(5 ) située à son extrémité aval s'ouvre sur l'extrémité amont , à section (6)encore plus petite placée dans sa partie centrale, d'un second cenduit divergent(7) à l'in. -térieur duquel on répartit deux jeux de cloisons, à savoir un jeu de cloisons radiales(10) orientées lengi- -tudinalement , et un Jeu de cloisons obliques diver -gentes (11) quildéfioissent dans la zone axiale de l'ap Appareil, un noyau central qui va en s'évasant vers l'aval . 2. Appareil défleeteur suivant la revendioa- -tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte au meins une none convergente -divergente(5,6) soumettant les gaz en ceurs de combustion , & un effet venturi dans la partie et la flamme , sortant d'un conduit* J'engage dans un autre conduit 3. Appareil déflecteur suivant l'une quelcon - -que des revendications précédentes , caractérisé en ce qu'il est fabriqué dans son ensemble & partir d'acier réfractaire o 4. Appareil déflecteur suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que les conduits successifs tels que(4, 7 ,19,)ont une sec -tien transversale carrée ou polygonale 5.Appareil déflecteur suivant 11 une quolcon -que des revendications précédentes * caractérisé on ce que les conduits successifs tels que(4, 7,19) ont une section transversale circulaire 6. Appareil déflecteur suivant l'une quelcon -que des revendications précédentes , caractérisé en ce que l'une au moins de ses parois comporte un revêtement superficiel susceptible de catalyser la réaction de combustion, ce revêtement étant constitué par des oxydes de terres rares 7.Appareil déflecteur suivant l'une quelcon- -que des revendications précédentes , caractérisé en ce qu'en aval du premier conduit convergent(4), il compor -te ,montés en cascade au moins deux conduits div.r- -gents(19,7). 8. Appareil déflecteur suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce qu'en- tre le premier conduit convergent( 4) et le second con -duit divergent(7), il comporte un caisson intermé -diaire (22) ouvert en (23) et( 24) sur deux faces adja -contes sensiblement à 90 degrés, l'ouverture (23) de sa race amont étant de plus petite section que la section aval (5) du premier conduit convergent (4) au centre de laquelle le caisson (22) est soudé , tandis que la sec- -tion(24) de sa face aval est de plus grande section que l'ouverture amont (6 ) du second conduit divergent ,) cette ouverture amont (6) étant disposée dans la partie centrale de l'ouverture aval( 24).