Brevet FR2608257A1 — publié le 19880617

--1 -- Procédé pour brûLer du qaz et brûleur à gaz à jet axial et jet divergent. La présente invention concerne un brûLeur à gaz pour foyer, notamment pour foyer industriel ou domestique. Le brûLeur selon la présente invention dispose de meilleures performances par rapport aux brûleurs de l'art antérieur, notamment en ce qui concerne la teneur en oxydes d'azote des gaz d'échappement. Le dispositif d'introduction du combustible comporte des premiers moyens. d'injection du gaz adaptés à produire un premier jet sensiblement axial ou légèrement divergent relativement à l'axe du brûleur et des deuxièmes moyens d'injection du gaz adaptés à produire un deuxième jet divergent relativement à l'axe du brûleur. Le brûleur pour foyer selon la présente invention comporte un canon d'introduction d'un comburant primaire, ou canon primaire, un canon d'introduction d'un comburant secondaire, ou canon secondaire, un dispositif d'introduction d'un combustible gazeux et un déflecteurstabilisateur situé sensiblement à l'extrémité du canon primaire faisant face au foyer. Le dispositif d'introduction du combustible gazeux pourra être logé à l'intérieur du canon primaire qui lui-même pourra être situé à l'intérieur du canon secondaire. Ces trois organes pourront être cylindriques et coaxiaux. - 2 - Le dispositif d'introduction du gaz pourra comporter un injecteur de gaz comportant Lui-même une première série d'orifices formant lesdits premiers moyens d'injection du gaz et une deuxième série d'orifices formant lesdits deuxièmes moyens d'injection du gaz. L'axe d'injection de chacun des orifices de la première série pourra former avec la direction définie par l'axe du brûleur un angle alpha inférieur à 15 . L'axe de chacun des orifices de la deuxième série pourra former avec la direction définie par ledit axe du brûleur un angle bêta compris entre 40 et 60 . L'angle alpha de chacun des orifices de la première série pourra être compris entre 10 et 15 et préférentiellement égal à 12,5 . L'angle Bêta de chacun des orifices de la deuxième série pourra être sensiblement voisin de 50 . Les axes des orifices de la première série pourront être sensiblement inscrits sur la surface d'un cône ou d'un cylindre. Ainsi le premier jet aura sensiblement la forme d'un nappe tronconique. Les axes des orifices de la deuxième série pourront être également sensiblement inscrits sur la surface d'un cône. Ainsi le deuxième jet aura également sensiblement la forme d'une nappe tronconique. A son extrémité débouchant dans le foyer le canon secondaire pourra comporter un convergent destiné à diriger le comburant secondaire vers le comburant primaire. Le dispositif d'introduction du combustible pourra comporter une canne à l'extrémité de laquelle pourront être fixés les premiers et deuxièmes moyens d'injection du gaz. -3- La présente invention concerne également un procédé pour brûler du gaz comburant, tel de l'oxygène, avec du gaz carburant, tel du gaz naturel. Le gaz comburant est introduit dans un foyer par au moins deux veines, l'une étant centrale et l'autre entourant cette veine centrale. Suivant le procédé selon l'invention on produit deux jets de gaz carburant l'un des jets alimentant la veine centrale de gaz comburant et l'autre jet alimentant l'autre veine de gaz comburant. Selon un aspect important de la présente invention le jet axial ou légèrement divergent et le jet divergent n'interfèrent pas entre eux à la sortie de l'injecteur et conservent leur individualité à ce niveau là. Ceci peut être obtenu notamment si le jet divergent enveloppe le jet axial légèrement divergent. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la description qui suit d'un exemple particulier, illustrée par les figures annexées, parmi lesquelles: - la figure 1 représente une vue schématique du brûleur, et - les figures 2 et 3 illustrent de manière plus détaillée deux modes de réalisation particuliers de l'injecteur. Le dispositif décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, est adapté à l'utilisation d'un combustible gazeux, tel du gaz naturel. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une canne d'introduction du gaz qui permet d'alimenter l'injecteur du gaz 2. Le brûleur comporte au moins une canalisation d'introduction de l'air ou comburant primaire, ou canon primaire, et une canalisation d'introduction de l'air ou comburant secondaire, ou canon secondaire. - 4 - Sur La figure 1, la référence 4 désigne le canon primaire et la référence 5 le canon secondaire. Le canon primaire est logé dans le canon secondaire. Ces canons sont sensiblement cylindriques et coaxiaux. La canne d'injection du gaz 1 est située à l'intérieur du canon primaire. Les fLêches 6 désignent La veine d'air primaire et les flêches 7 La veine d'air secondaire. Les références 8 et 9 désignent respectivement les entrées d'air primaire et secondaire. Ces entrées d'air pourront avoir une forme différente de celle représentée sur la figure 1, notamment pour minimiser les pertes de charge. Bien entendu, ces entrées peuvent être reliées à une même source d'air ou à deux sources différentes, éventuellement par l'intermédiaire d'organes permettant de contrôler la distribution d'air entre les deux entrées. Ces organes peuvent être constitués, par exemple, d'un ou de plusieurs volets. La distribution pourra être telle que l'air primaire puisse représenter 35 à 70 % de l'air total, les réglages optimaux sur le plan de la combustion se situant néanmoins entre 40 et 60 %. On désignera dans la suite de ce texte le débit d'air primaire par Qp, le débit d'air secondaire par Q et le débit total d'air par Q = Q + Qs. s p s L'allumage du brûLeur représenté sur la figure 1 s'effectue grâce à une torche 10 comportant des moyens d'allumage tels qu'une bougie reliée à une source de haute tension par l'intermédiaire d'un câble 16. La torche 10 est alimentée en combustible par une canalisation 17. Ce combustible peut être de même nature que le gaz alimentant le brûleur. On remarque sur cette figure un emplacement 13 prévu dans le brûleur sensiblement au niveau de l'entrée de l'air secondaire, cet emplacement permettant d'introduire une cellule 12 de détection de flamme. - 5 - La tête du brûleur illustrée sur la figure 1 comporte un déflecteurstabilisateur 14 désigné simplement par le terme de déflecteur dans la suite de ce texte. Ce déflecteur comporte une grille d'aubes 15 dont l'angle d'inclinaison sur l'axe est de préférence de l'ordre de 45 . Les ailettes 15, par exemple au nombre de dix-huit, peuvent être planes, ou avoir préférentiellement un profil semi-curviligne qui permet d'abaisser le coefficient de perte de charge intrinsèque, et donc la pression motrice de l'air aux forts débits calorifiques. Ce déflecteur 14 pourra être disposé coaxialement à la canne d'introduction de combustible 1, de telle sorte que soit ménagé ou non un passage d'air 18 de balayage au droit de la tête d'introduction du gaz 2. La tête de brûleur peut comporter un convergent tronconique 20 destiné à diriger convenablement le flux d'air secondaire 7. Sur la figure 1, la grande base du convergent tronconique 20 est sensiblement située sur le plan perpendiculaire à l'axe 19 du brûleur passant par l'extrémité du canon primaire. En outre, on voit sur cette figure que les extrémités frontales 21 des têtes d'aubes appartiennent sensiblement à ce même plan. L'injecteur du gaz selon la présente invention permet l'obtention de jets de gaz secondaire d'une manière préférentielle. Le vortex central de stabilisation est créé par Le dèflecteur 14. Le jet axial ou légèrement divergent et le jet divergent gardent leur -6 individualité L'un par rapport au niveau de l'injecteur. Le temps de séjour du combustible gazeux, conditionné par l'angle alpha des jets centraux 22, gouverne La richesse de la combustion primaire pour une répartition entre l'air primaire et l'air secondaire fixée, ce qui correspond à un rapport Q /Q fixé. P L'angle des jets externes 24 conditionne la plus ou moins grande rapidité de rencontre du combustible gazeux avec la veine d'air secondaire 25 qui peut être sensiblement axiale, et donc retarder plus ou moins la naissance de la combustion secondaire. Par veine d'air secondaire axiale, on entend que l'air sortant du canon secondaire n'a pas ou pratiquement pas de mouvement de giration autour de l'axe du brûleur 19. Ainsi, on peut considérer que le brûleur à deux veines d'air, équipé d'une canne de gaz telle que décrite, constitue un équipement réalisant l'étagement de la combustion, tant par la répartition de l'air que par celle du combustible. Ceci explique les performances relatives aux faibles émission de No quand on choisit correctement Qp/Q, alpha et bêta. p La figure 2 montre de façon détaillée l'injecteur de gaz 2. Cet injecteur 2 comporte deux couronnes d'orifices 26 et 27. Les orifices de la première série d'orifices 26 définie par ceux de La première couronne ont des axes 27a qui forment un angle alpha (en lettre grecque sur la figure 2) compris entre 0 et 15 par rapport à la direction de l'axe 19 du brûleur. De bons résultats ont été obtenus pour un angle alpha compris entre 10 et 15 et notamment pour un angle alpha égal à 12,5 . -7- Les axes 27a des orifices 26 de La première couronne sont inscrits sur un cône dont l'angLe au sommet est égal à 2 alpha et est donc compris entre 0 et 300. Les orifices de la deuxième série d'orifices 27 définie par ceux de la deuxième couronne ont des axes 28 qui forment un angle bêta (en lettre grecque sur La figure 2) compris entre 40 et 60 par rapport à L'axe 19 du brûLeur. De bons résultats ont été obtenus pour un angle bêta égal à 50 . Les axes 28 des orifices 26 sont incrits sur un cône dont l'angle au sommet est égal à 2 bêta et est donc compris entre 80 et 1200. Les orifices 26 de la première couronne sont placés sur une première surface tronconique 29 de la tête du brûleur. De même les orifices 27 de la deuxième couronne sont placés sur une deuxième surface tronconique 30 de la tête du brûleur. Les orifices 26, 27 pourront être respectivement perpendiculaires aux surfaces tronconiques 19 et o Sur la figure 2 les premier et deuxième troncs de cône 29 et 30 sont raccordés selon le cercle 31. Selon un aspect important de la présente invention, le jet axial ou Légèrement divergent n'interfère pas avec le jet divergent au voisinage de l'injecteur. Ceci est obtenu, par exemple, en disposant les premiers orifices à l'intérieur des deuxièmes orifices. La figure 3 montre un autre mode de réalisation de l'injecteur 2. Celle-ci a la forme d'une calotte applatie 32 et porte une double couronne 33, 34 d'orifices d'introduction du premier jet et une seule couronne 35 d'orifices d'introduction du deuxième jet. Selon ce mode de réalisation, le nombre d'orifices d'introduction du - 8 premier jet est sensibLement égaL au nombre d'orifices d'introduction du deuxième jet. Le nombre total d'orifices du mode de réaLisation représenté à La figure 3 est sensibLement égal à 90 et les orifices sont tous de même diamètre. -- 9 _- R E V E N D I C AT I 0 N S 1. - BrûLeur pour foyer comportant un canon (4) d'introduction d'un comburant primaire (6), ou-canon primaire, un canon (5) d'introduction d'un comburant secondaire (7), ou canon secondaire, un dispositif d'introduction d'un combustible gazeux (1) et un déflecteur-stabilisateur (14) situé sensiblement à l'extrémité du canon primaire faisant face au foyer, caractérisé en ce que ledit dispositif d'introduction du combustible comporte des premiers moyens d'injection du gaz (26) adaptés à produire un premier jet (22) sensiblement axial ou legèrement divergent, relativement à l'axe du brûleur (19) et des deuxièmes moyens d'injection du gaz (27) adaptés à produire un deuxième jet divergent (24), relativement à l'axe du brûleur. 2. - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'introduction du combustible gazeux est logé à l'intérieur - du canon primaire (4) qui est lui-même situé à l'intérieur du canon secondaire (5), ces trois orgafes étant sensiblement cylindriques et coaxiaux. 3. - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'introduction du gaz comporte un injecteur (2) du gaz ayant une première série d'orifices (26) formant lesdits premiers moyens d'injection du gaz et une deuxième série d'orifices (27) formant lesdits deuxièmes moyens d'injection du gaz, en ce que l'axe (27a) de chacun des orifices de la première série forme avec La direction définie par ledit axe du brûleur (19) un angle alpha inférieur à 15 et en ce que l'axe (28) de chacun des orifices de la deuxième série forme avec la direction définie par ledit axe (19) du brûleur un angle bêta compris entre 40 et 60 0. 4. - Brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle alpha de chacun des orifices de la première série est compris entre 10 - 10 - et 15 et est de préférence sensiblement égal à 12,5 . 5. - Brûleur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'angle bêta de chacun des orifices de la deuxième série est voisin de 50 . 6. - Brûleur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les axes (27a) des orifices de la première série sont sensiblement inscrits sur la surface d'un cône ou d'un cylindre. 7. - Brûleur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les axes (28) des orifices de la deuxième série sont sensiblement inscrits sur la surface d'un cône. 8. - BrûLeur selon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canon secondaire (5) comporte à son extrémité débouchant dans le foyer un convergent (20) adapté à diriger le comburant secondaire vers le comburant primaire. 9. - Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'introduction du combustible comporte une canne à l'extrémité de laquelle sont fixés les premiers et les deuxièmes moyens d'injection du gaz. 10. - Procédé pour brûler du gaz carburant avec du gaz comburant, le gaz comburant étant introduit dans un foyer par au moins deux veines l'une étant centrale et l'autre l'entourant, caractérisé en ce qu'on produit au moins deux jets de gaz carburant, l'un des jet alimentant la veine centrale de gaz comburant, l'autre jet alimentant l'autre veine de gaz comburant.