Brevet FR2558570A1 — publié le 19850726

La presente invention est relative à un réacteur thermique d'un type nouveau , destine à équiper un brûleur à flamme , en vue d'ameliorer le rendement de la combustion . Un tel réacteur peut être utilisé sur les applications les plus diverses , notamment pour équiper , dans le foyeur d'une chaudière , un brûleur alimente en un combustible liquide , tel que du mazout , ou d'autres hydrocarbures pétroliers. On sait qu'un brûleur à mazout de type connu produit une flamme de combustion à l'intérieur d'un foyer de chaudière ou analogue . Les dimensions de la flamme sont d' autant plus grandes que la puissance de chauffage du brûleur est plus forte . On sait que cela conduit à des difficultés, car - d'une part , il est souhaitable d'éviter que la flamme ne vienne en permanence au contact des parois du foyer , sous peine de détériorer ces parois , à la fois par corrosion chimique , par oxydation , et par contraintes thermiques ; - d'autre part , lorsque la flamme vient au contact des parois relativement froides du foyer , le rendement local de la combustion diminue , ce qui se manifeste par l'apparition de produits imbrûlés ou de suies ;; - enfin , la présence d'une flamme nue dans le foyer fait apparaitre une répartition des températures locales qui est très peu homogène d'un point à l'autre du foyer , ce qui nuit egalement au rendement de la combustion. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients , en réalisant un réacteur destine à être placé à l'intérieur du foyer , dans la flamme et autour d'elle, pour ameliorer à la fois le rendement de combustion et la tenue en endurance des parois du foyer. Par ailleurs , un tel reacteur étant soumis à des cobtraintes thermiques particulièrement sévères , 1' invention vise à lui conferer une structure supportant convenablement le fonctionnement dans des conditions aussi sévères. Un reacteur thermique selon l'invention ,des tiné à être placé sur le nez d'un brûleur à flamme , comprend un corps tubulaire cylindrique en acier réfractaire , et il est caractérisé en ce qu'il. comporte en combinaison les élé- ments suivants - l'extrémité libre du corps cylindrique tubulaire va en se rétrécissant pour se terminer par une ouverture d'extré mité dont la section transversale est inférieure à la sec tion transversale interne du corps tubulaire ;; - à l'intérieur du corps tubulaire est fixé un bouclier cen tral transversal qui se raccorde avec un jeu périphérique sur la paroi du corps cylindrique qui l'entoure Suivant une autre caractéristique de l'incention , le bouclier central interne a la forme générale d' un cône creux dont la base circulaire est raccordée avec un jeu périphérique à la paroi du corps tubulaire , tanndis que la pointe du cône est dirigée vers l'aval de la flamme Suivant une autre caractéristique de l'invention , le bcuclier central tronconique comporte trois pattes qui en dépassent radialement , pour assurer sa fixation en venant s'encliqueter à fond dans trois ouvertures correspondantes prévues dans la paroi du corps tubulaire. Suivant une autre caractéristique de l'invention , l'extrémité libre retrécie du corps tubulaire est coiffée extérieurement par un déflecteur annulaire que des pattes , raccordées sur le nez du corps tubulaire , maintiennent avec un jeu périphérique autour de l'extrémité rétrécie de ce corps tubulaire. Suivant une autre caractéristique de l'invention , le déflecteur annulaire d'extrémité comporte trois pattes réparties autour de sa périphérie , qu'-on fixe sur le nez du corps tubulaire par soudage ou par vissage Suivant une autre caractéristique de 1' invention , l'extrémité amont du corps tubulaire est équipée d'une embase en matière céramique isolante Suivant une autre caractéristique de l'invention , l'embase en matière céramique isolante est simplement emboîtée dans l'extrémité correspondante du corps tubulaire du réacteur , et elle est maintenue en place par serrage entre le corps tubulaire et le nez du brûleur Suivant une autre caractéristique de l'invention , l'embase isolante en céramique a une forme générale de révolution , avec une gorge annulaire à section méri dienne en arc de cerle dans la face avant située autour de la base de la flamme. Suivant une autre caractéristique de l'invention , l'extrémité amont du corps tubulaire du réacteur comporte plusieurs tiges filetées orientées longitudinalement vers l'arrière , et destinées à venir se boulonner sur le nez du brûleur , après interposition de l'embase en céramique entre le corps tubulaire et le brûleur Le dessin annexé , donne à titre d'exemple non limitatif , permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un réacteur thermique selon l'invention , monté sur le nez d'un brûleur Figure 2 est une section méridienne de 1' embase en céramique Figure 3 est une vue éclatée de l'ensemble des éléments constituant le réacteur Figure 4 est une vue en pespective du bouclier central Figure 5 en est une vue en plan. Figure 6 en est une coupe suivant VI - VI ( figure 5) On a représente sur les dessins un brûleur 1 de type connu , qui est prévu pour produire une flamme de combustion 2 . Ce brûleur 1 possede un socle 2 Selon l'invention , on y adapte un réacteur thermique 3 , qui comporte un corps tubulaire 4 , en acier réfractaire . Ce corps tubulaire 4 est de forme générale cy cylindrique , son extrémite libre se terminant par un nez 5 rétréci , débouchant sur l'extérieur par une ouverture 6 .La section transversale de cette ouverture 6 est inférieure à la section transversale interieure du corps 4 dans sa partie cylindrique A l'intérieur du corps 4 , est fixé un bouclier transversal 7 , qui se présente sous la forme d'un cône creux dont le sommet 8 est orienté vers l'aval de la flamme 2. La base circulaire du cône 7 se raccorde avec un jeu périphérique 9 avec la paroi interieure environnante du corps 4 .Pour réaliser cette fixation , on prévoit préférablement sur le bouclier central 7 , trois pattes radiales 10 , destinées à venir s'encliqueter dans des ouvertures non représentées découpées dans la partie correspondante de la paroi du corps 4. A sa base , le corps cylindrique tubulaire 4 est pourvu de vis longitudinales 11 , qui dépassent vers 1' arrière . Dans l'exemple illustré , on a supposé que ces vis 11 sont au nombre de quatre . Elles sont destinées à traverser le socle 2 du brûleur 1 , pour recevoir des boulons de fixation 12 Entre l'extrémité du corps tubulaire 4 et le socle 2 , on serre une embase 13 , qui se présente sous la forme d'un solide de revolution , en céramique isolante . Des encoches telles que 14 , sont préférablement prévues latéralement , sur l'embase 13 , pour laisser passer les vis 11 L'embase 13 a une forme de révolution à part les encoches 14 . Sur sa face avant , l'embase 13 comporte autour de son alésage central 15 , une gorge annualire 16 dont la section méridienne est sensiblement en arc de cercle. Cette section présente un intérêt pour définir dans l'écoulement gazeux , une turbulence orientée suivant la direction de la flèche 17. Enfin , autour du nez rétréci 5 , 0'extrémité aval du corps 4 est coiffée par un déflecteur annulaire 18 muni de trois pattes de fixation 19 , réparties autour de sa périphérie . Ces pattes sont destinées à être fixées par soudage ou par boulonnage sur l'extrémité aval du corps 4 . Dans l'exemple illustré sur la figure 3 , on a supposé que la fixation s'effectuerait par la mise en place de vis dans les encoches 20 des pattes 19 , ces vis traversant ensuite des ouvertures 21 , prévues à cet effet sur le nez 5 du corps 4 ne fonctionnement est le suivant L'ensemble étant monté sur le nez du bru- leur 1 , comme indiqué sur la figure 1 , la flamme 2 vient frapper la partie centrale concave du bouclier 7 . Elle a donc tendance à revenir comme indiqué par les flèches 22 , pour s' épanouir jusqu'à la périphérie du bouclier 7 . Elle passe alors à travers le jeu périphérique 9 de ce bouclier ( flèche 23) alors qu'une partie est renvoyée dans le fond au niveau de la gorge 16 de l'embase 13 Les gaz sont ensuite retardés par passage dans la section rétrécie du nez 5 n et enfin ils sortent pour partie dans la zone centrale , comme indiqué par les fleches 24 , alors qu'une autre partie de l'écoulement passe entre le nez 5 et le déflecteur 8 ( flèche 25 -jeu périphérique 26) On voit donc que les gaz de combustion sont , pour la plupart , confinés à l'intérieur du corps 4 dont le métal est ainsi chauffé , pour rayonner tout autour de lui , dans l'infra-rouge . Le trajet suivi par les differents courants de gaz de combustion conduit à obtenir une combustion complète , sans pour autant observer de pertes de chaleur appréciables . Ainsi , c'est pour l'essentiel ,le corps 4 chauffé au rouge , qui rayonne dans l'infra-rouge pour chauffer le foyer environnant de la chaudière REVENDICATIONS 1 - Réacteur thermique destiné à être placé sur le nez d'un brûleur à flamme (1) , comprenant un corps tubulaire cylindrique (4) en acier réfractaire , et caractérisé en ce qu'il comporte , en combinaison , les éléments suivants -l'extrémite libre du corps cylindrique tubulaire (4) va en se rétrécissant pour former un nez (5) qui se termine par une ouverture d'extrémité (6) dont la section transversale est inférieure à la section transversale interne du corps tubulaire (4) ; - à l'intérieur du corps tubulaire (4) est fixé un bouclier transversal (7) qui se raccorde avec un jeu périphérique (9) sur la paroi du corps cylindrique (4) qui l'entoure. 2 - Réacteur thermique suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le bouclier interne (7) a la forme générale d'un cône creux dont la base circulaire est raccordée avec un jeu périphérique (9) à la paroi du corps tubulaire (4) , tandis que la pointe (8) du cône est dirigée vers l'aval de la flamme (2). 3 - Réacteur thermique suivant la revendication 2 , caractérisé en ce que le bouclier tronconique (7) comporte trois pattes (10) qui en dépassent radialement , pour assurer sa fixation en venant s'encliqueter à force dans trois ouvertures correspondantes prévues dans la paroi du corps tubulaire (4). 4 - Réacteur thermique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que le nez d'extrémité rétréci (5) du corps tubulaire (4) est coiffé extérieurement par un déflecteur annulaire (18) qu'un que des pattes (19) , raccordées sur le nez (5) du corps tubulaire (4) , maintiennent avec un jeu périphérique (26) autour du nez de ce corps tubulaire (4). 5 - Réacteur thermique suivant la revendication 4 ,caractérisé en ce que le déflecteur annulaire d'extrémité (18) comporte trois pattes (19) réparties autour de sa péri phérie , qu'on fixe sur le nez (5) du corps tubulaire (4) par soudage ou par vissage. 6 - Réacteur thermique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que l'ex trémite amont du corps tubulaire (4) est équipée d'une embase (13) an matière ceramique isolante 7 - Réacteur thermique suivant la revendication 6 , caractérisé en ce que 1 'embase (13) en matière cé- ramique isolante est simplement emboitée dans l'extrémité correspondante du corps tubulaire (4) du réacteur (3), et maintenue en place par serrage entre le corps tubulaire (4) et le socle (2) du brûleur (1). 8 - Reacteur thermique suivant la revendication 7 , caractérisé en ce que l'embase isolante (13) en ceramique a une forme génerale de revolution , avec une gorge annulaire (16) à section méridienne en arc de cercle dans la face avant situee autour de la base de la flamme (2). 9 - Reacteur thermique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que l'extrémité amont du corps tubulaire (4) du réacteur (3) comporte plusieurs tiges filetées (11) orientées longitudinalement vers l'arrière , et destinées à venir se boulonner sur le socle (2) du brûleur (1) , après interposition de l'embase en ceramique (13) entre le corps tubulaire (4) et le brûleur (1)