Brevet FR2601756A1 — publié le 19880122

Ensemble de brûleur fonctionnant à haute température La présente invention concerne d'une man ière générale les brûleurs et de façon plus spécifique un ensemble de brûleur fonctionnant à haute température. Des ensembles de brûleurs de l'art antérieur incluent les brûleurs décrits et revendiqués dans le brevet US N 2 368 370. De tels ensembles de brûleurs de l'art antérieur se sont avérés être avantageux pour un certain nombre d'uti10 lisations différentes, incluant le traitement thermique de métaux, dans une qamme étendue de temperatures allant jusqu'à environ 954 C. En outre, des fours utilisés pour ce type de traitement présentaient des caractéristiques comme par exemple une plage suffisamment étendue de réduction de la tempé15 rature de manière à rendre un tel four applicable à des utilisations multiples. Ces dernières années, notamment dans des applications particulières comme par exemple la technique de fabrication du verre, il s'est avéré nécessaire de disposer 20 d'un four qui soit apte à produire des températures allant jusqu'à 2750 C, mais sans que ceci ne réduise substantiellement la durée de vie du brûleur, et en outre sans entraîner une complication inutile liée au fait de prévoir des mécanismes de refroidissement à l'eau. En outre, de façon analogue,il était 25 nécessaire de produire de telles températures sans la formation d'une quantité importante de dépôts de carbone sur le mécanisme du brûleur, étant donné que la formation de carbone entraîne une pollution du verre ou d'un autre matériau sensible qui est soumis au traitement thermique. Compte tenu des inconvénients et des difficultés indiqués ci-dessus de l'art antérieur, un but de la présente invention est de fournir un ensemble de brûleur perfectionné fonctionnant à haute température, avec lequel on puisse réduire efficacement de telles difficultés de l'art antérieur, et ce 35 en fournissant une structure qui fonctionne de manière à re- tarder la combustion de la flamme pendant quelques microsecondes afin d'écarter la flamme de la surface du brûleur et d'accroître par conséquent la durée de vie utile de ce dernier et de réduire toute pollution du brûleur. De même, un but recherché dans l'ensemble de brûleur perfectionné fonctionnant à haute température, conforme à la présente invention, est de fournir une configuration unique pour des orifices de sortie du gaz, qui ne fournissent aucune surface substantielle disponible, sur laquelle le car10 bone puisse s'accumuler pendant la combustion. Un autre but recherché dans l'ensemble du brûleur perfectionné fonctionnant à haute température, conforme à la présente invention, est de fournir une structure à orifices de passage du gaz, qui fournisse des températures supé15 rieures allant jusqu'à 2750 C, mais qui permette aux parties enveloppant la structure de rester à des températures nettement plus faibles, ce qui accroit de façon substantielle la durée de vie du brûleur. Ces buts ainsi que d'autres buts de la présente 20 invention apparaîtront d'une manière évidente au spécialiste de la technique, à la lecture du résumé suivant de l'invention, de la brève description des dessins, de-la description détaillée de formes de réalisation préférées, ainsi que des dessins annexes. L'ensemble de brûleur fonctionnant à haute température conforme à la présente invention comprend un corps de tuyère destiné à contenir et à véhiculer de l'oxygène, et un insert constituant un conduit de passage du gaz disposé concentriquement à l'intérieur du corps de la tuyère. L'insert de la tuyère de passage du gaz comporte des moyens servant à diriger à travers le corps de la tuyère un combustible destiné à être refoulé hors du conduit et à être mélangé à de l'oxygène afin qu'il brûle en formant une flamme pouvant être entretenue. 35 La flamme brûle dans un bloc réfractaire du brûleur possédant des dimensions et une configuration lui permettant de contenir essentiellement la flamme. La pointe de l'insertformantconduit de passage du gaz comporte une face qui est essentiellement plate sur sa sur5 face extérieure et présente, dans des formes de réalisation préférées, une partie saillante essentiellement de forme tronconique disposée sur et faisant saillie à partir de la surface extérieure de la face de cette pointe. La pointe de l'in sertfonmantccaduit de passage du gaz comporte un canal central 10 de passage du gaz disposé au centre de la pointe et se terminant au niveau de l'extrémité proximale de la partie saillante de forme tronconique de manière à former essentiellement un bord en forme d'arête vive. La forme d'arête vive du bord d'une telle partie saillante de forme tronconi15 que sert à retarder la combustion et à supprimer toute surface substantielle disponible sur laquelle la formation d'une accumulation de carbone puisse se produire. Des moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène sont également prévus sous la forme d'une ouverture dis20 posée concentriquement autour de la base de la partie saillante de forme tronconique de manière à diriger l'oxygène depuis cette dernière afin qu'il se mélange avec le combustible gazeux dirigé depuis l'extrémité proximale du canal central véhiculant le gaz, que contient la partie saillante tronconique, 25 pour obtenir une combustion située essentiellement à l'intérieur du bloc réfractaire du brûleur. Un certain nombre d'avantages de la présente invention incluent la possibilité d'avoir une combustion à des températures nettement supérieures à celles de l'art antérieur, 30 et ce moyennant une réduction considérable de la pollution produite antérieurement par la formation de carbone, et en outre avec un accroissement considérable de la durée de vie du brûleur. D'autres avantages de la présente invention apparaîtront à l'évidence au spécialiste ordinaire de la technique. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- senteinvention ressortiront de la description donnée ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue arrière de l'ensemble de brûleur selon l'invention, cette vue montrant le corps de tuyère destiné à contenir l'oxygène et dans lequel se trouve disposé un insert formant conduit de passage du gaz qui est maintenu au moyen d'un organe de verrouillage; - la figure 2 est une vue en coupe transversale de la forme de réalisation de l'ensemble de brûleur, prise sui10 vant la ligne 2-2 de la figure 1, et montrant en outre la pointe de l'insert formant conduit de passage du gaz, qui comprend une face extérieure essentiellement plane sur laquelle se trouve disposée une partie saillante de forme essentiellement tronconique, cette vue montrant en outre un canal central 15 de passage du gaz, qui se termine au niveau de l'extrémité proximale de la partie saillante de forme tronconique de manière à former essentiellement un bord en forme d'arête vive, des moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène étant disposés autour du canal central de passage du gaz 20 pour former une flamme qui est essentiellement confinée à l'intérieur du bloc réfractaire du brûleur, ce dernier étant maintenu au moyen d'un cadre de montage; - la figure 3 est une vue de face à plus grande échelle prise suivant la ligne 3-3 sur la figure 2 et montrant 25 une pluralité de trous de délivrance d'oxygène disposés concentriquement autour de la base de la partie saillante de forme tronconique de manière à diriger l'oxygène vers l'extérieur à partir de cette base afin qu'il se mélange avec le carburant gazeux délivré par le canal central de passage du gaz, afin de former la flamme dans le plan situé au-dessus de la surface du dessin; - la figure 4 est une vue de face à plus grande échelle d'une autre forme de-réalisation, montrant une pluralité de trous de délivrance d'oxygène disposés selon un 2601 756 réseau circulaire et un orifice de forme annulaire, les trous et l'orifice étant disposés essentiellement concentriquement par rapport au candl central de passage du gaz; et - la figure 5 est une illustration d'une autre forme de réalisation montrant un orifice de forme annulaire ménagé dans la face de la pointe de l'insert et disposé essentiellement concentriquement par rapport au canal central de passage du gaz. Ci-après on va donner la description détaillée des formes de réalisation préférées de l'invention. L'ensemble de brûleur fonctionnant à haute température, conforme à l'invention, comporte un corps de tuyère destiné à conteniretà véhiculer de l'oxygène, un conduit de 15 passage d'un gaz disposé à l'intérieur du corps de tuyère et comportant des moyens servant à diriger, un combustible gazeux devant être refoulé hors du conduit etêtre mélangé à de l'oxygène pour qu'il brûle en formant une flamme pouvant être entretenue, et destiné à être utilisé en asso20 ciation avec un bloc réfractaire du brûleur de manière que ce dernier contienne essentiellement une telle flamme, et est caractérisé par le fait qu'il comprend: - une pointe raccordée au conduit de passage du gaz et comportant une face extérieure essentiellement plane 25 qui possède une partie saillante de forme essentiellement tronconique située sur et faisant saillie à partir de cette face; - ladite pointe du conduit de passage du gaz comportant un canal intérieur central de passage du gaz, se terminant au niveau de l'extrémité proximale de ladite partie 30 saillante de forme tronconique de manière à former essentiellement un bord en forme d'arête vive, afin de retarder légèrement la combustion etde ne fournir aucune surface substantielle disponible pour une accumulation du carbone, et - des moyens en forme d'orifices de délivrance 35 d'oxygène, qui s'ouvrent concentriquement autour de la base de ladite partie saillante de forme tronconique afin de diriger l'oxygène vers l'extérieur à partir de cette base pour qu'il se mélange avec le combustible gazeux pour réaliser la combustion. Dans une forme de réalisation préférée de l'ensemble de brûleur fonctionnant à haute température, conforme à la présente invention, les moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène comportent une pluralité de trous de délivrance d'oxygène, qui possèdent chacun un diamètre nettement 10 inférieur à celui de la canalisation centrale de passage du gaz. Dans une telle forme de réalisation préférée, les trous de délivrance d'oxygène sont disposés selon un réseau circulaire qui est essentiellement concentrique au canal central de passage du gaz. De tels trous de délivrance d'oxygène peu15 vent déboucher dans la face de ladite pointe. Dans d'autres formes de réalisation préférées, les trous délivrant l'oxygène peuvent déboucher au niveau de la jonction entre la face de la pointe et la base de la partie saillante de forme tronconique. Dans d'autres formes de réalisation préférées, les moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène comprennent un orifice de forme annulaire ménagé dans la face de la pointe du conduit de circulation du gaz et disposé essentiellement concentriquement par rapport au canal central de 25 passage du gaz. D'autres formes de réalisation préférées de l'ensemble de brûleur fonctionnant à haute température conforme à l'invention peuvent utiliser des moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène qui comprennent à la. fois une plura30 lité de trous de délivrance d'oxygène disposés selon un réseau circulaire et un orifice de forme annulaire. Dans de telles formes de réalisation, à la fois les différents trous de délivrance d'oxygène et l'orifice de forme annulaire sont disposés essentiellement concentriquement par rapport au canal 35 central de passage du gaz. Dans de telles formes de réalisa- tion préférées, l'orifice de forme annulaire est disposé concentriquement à l'intérieur du réseau circulaire des trous de délivrance d'oxygène. Dans des formes de réalisation préférées de l'en5 semble de brûleur fonctionnant à haute température, conforme & la présente invention, le bloc réfractaire possède une ouverture centrale qui est adaptée de façon substantielle à la forme de la flamme créée par le brûleur. Dans de telles formes de réalisation, la combustion du combustible gazeux est 10 essentiellement confinée à l'intérieur du bloc réfractaire du brûleur. En se référant maintenant aux dessins, et notamment aux figures 1 et 2 des dessins, on voit que l'ensemble de brûleur fonctionnant à haute température conforme à la pré15 sente invention, qui est désigné d'une manière générale par la référence 10, comporte un corps de tuyère 12 destiné à contenir l'oxygène et qui peut être fixé par un verrou à insert 14 et par des moyens appropriés de fixation comprenant des boulons 16 et des rondelles 18. Un conduit 20 de passage du gaz est disposé à l'intérieur du corps de tuyère 12 et comprend des moyens pour diriger à travers ce conduit 20 un combustible gazeux destiné ê éti refoulé hors de ce dernier et à être mélangé à de l'oxygène pour brûler en formant une flamme pouvant être entretenue. Le con25 duit 20 de passage du gaz peut comporter de préférence un ou plusieurs joints toriques 22 montés sur la partie arrière 24 du conduit de manière à établir une étanchéité avec la partie en forme de lèvre arrière 26 du corps de tuyère 12, Il comporte en outre un raccord 28 d'alimentation en gaz, monté et 30 s'étendant sur sa partie arrière. Le corps de tuyère 12 et le conduit 20 de passage du gaz sont réunis de façon essentiellement étancheauniveau de leur partie proximale 29, grâce à la mise en oeuvre de techniques appropriées de fixation par montage à force, qui sont connues du spécialiste or35 dinaire de la technique. Un tel corps de tuyère 12 comporte en outre une admission 31 pour l'oxygène, qui peut être disposée à la partie inférieure, comme représenté sur les figures 1 et 2, mais il est possible-de modifier une telle direction dans d'autres formes de réalisation. Le corps de tuyère 5 12 est réuni à un organe de blocage 13 qui est de préférence séparé et est constitué en un alliage apte à résister à la chaleur accrue formée par la flamme. Un tel organe de blocage 13 est de préférence réuni de façon étanche au corps de tuyère 12 par une garniture d'étanchéité 15. Le corps de tuyère 12 et le conduit 20 de passage des gaz, qui est présent dans ledit corps, conviennent pour être utilisés en association avec un bloc réfractaire 30 du brûleur et sont fixés au corps de tuyère 12 au moyen d'un dispositif 32 de soutien du support de bloc, qui peut comporter 15 des consoles 34 disposées sur son pourtour. Un tel bloc réfractaire 30 du brûleur comporte un perçage central 36 possédant des dimensions et une forme choisies de manière à envelopper la flamme de façon substantielle. Comme représenté notamment sur les figures 3à 20 5, dans l'ensemble de brûleur perfectionné 10 fonctionnant à une température élevée, conforme à la présente invention, au conduit 20 de passage du gaz se trouve raccordée, par l'intermédiaire du canal 42 de passage du gaz, une pointe 40 qui comporte une surface extérieure essentiellement plate 44. Là 25 face extérieure 44 de la pointe possède une partie saillante 46 de forme essentiellement tronconique, qui fait saillie par rapport à ladite face. La pointe 40 du conduit de passage du gaz comporte également un conduit central 48 de passage du gaz, dis30 posé au centre de la pointe et se terminant au niveau de l'extrémité proximale de la partie saillante 46 de forme tronconique de manière à former essentiellement un bord 50 de cette partie, possédant la forme d'une arête vive. Une telle structure possédant un bord 50 en forme d'arête vive agit 35 de manière à retarder la combustion pendant quelques micro- secondes et à supprimer toute surface substantielle disponible pour l'accumulation de carbone. L'ouverture du canal central 48 de passage du gaz est de préférence disposée dans un plan séparé par une distance choisie, du plan de la face 44 de la pointe. En se référant à nouveau notamment aux figures 3à 5,dans différentes formes de réalisation, des moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène peuvent déboucher concentriquement autour de la base de la partie saillante 46 de 10 forme tronconique de manière à diriger de l'oxygène vers l'extérieur à partir de cette partie de manière qu'il se mélange avec le combustible gazeux afin de brûler dans le perçage central 36 du bloc réfractaire 30 du brûleur. Dans la forme de réalisation de l'ensemble de 15 brûleur 10 fonctionnant à haute température, conforme à la présente invention et représenté sur la figure 3, les moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène comprennent une pluralité de trous 52 de délivrance d'oxygène, possédant des diamètres nettement inférieurs à celui du canal central 48 de pas20 sage du gaz. Dans une telle forme de réalisation préférée, les trous 52 de délivrance d'oxygène sont disposés selon un réseau circulaire, qui est essentiellement concentrique au canal central 48 de passage du gaz. De tels trous 52 de délivrance d'oxygène peuvent déboucher dans la face 44 de la pointe ou, 25 dans d'autres formes de réalisation préférées, au niveau de la jonction entre la face 44 de la pointe et la base de la partie saillante 46 de forme tronconique. Dans la forme de réalisation de l'ensemble de brûleur 10 fonctionnant à haute température, conforme à l'in30 vention et tel que représenté sur la figure 4, les moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène comprennent à la fois une pluralité de trous 52 de délivrance d'oxygène, disposés selon un réseau circulaire, et un orifice de forme annulaire 54. Dans de telles formes de réalisation, à la fois la plura35 lité des trous 52 de délivrance d'oxygène et l'orifice de for- me annulaire 54 sont disposés essentiellement concentriquement par rapport au canal central 48 de passage du gaz. Dans de telles formes de réalisation préférées, l'orifice 54 de forme annulaire est de préférence disposé concentriquement à l'in5 térieur du réseau circulaire des trous 52 de délivrance d'oxygène. Dans la forme de réalisation préférée de la figure 5, les moyens en forme d'orifices de délivrance d'oxygène peuvent comporter uniquement l'orifice de forme annulai10 re 54 contenu dans la face 44 de la pointe et disposé essentiellement concentriquement par rapport au canal central 48 de délivrance du gaz, qui fonctionne de la manière décrite plus haut. Dans la description donnée précédemment, on a 15 indiqué des détails spécifiques d'une forme de réalisation de l'invention de manière à permettre une compréhension complète des concepts de l'invention. Le spécialiste de la technique comprendra que bon nombre de ces détails peuvent être modifiés sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble de brûleur (10) fonctionnant à haute température, comportant un corps de tuyère (12) destiné à véhiculer de l'oxygène, un conduit (20) de passage d'un gaz, disposé à l'intérieur du corps de tuyère et comportant des moyens pour diriger un combustible gazeux devant être refoulé hors du conduit et mélangé à de l'oxygène pour qu'il brûle en formant une flamme pouvant être entretenue, cet ensemble étant destiné à être utilisé en association avec un 10 bloc réfractaire de brûleur (30) destiné à contenir essentiellement une telle flamme, caractérisé en ce qu'il comprend: - une pointe (40) raccordée au conduit (20) de passage du gaz et comportant une face extérieure essentielle15 ment plane (44) qui possède une partie saillante (46) de forme essentiellement tronconique située sur et faisant saillie à partir de cette face - ladite pointe (40) du conduit de passage du gaz comportant un canal intérieur central (48) de passage du 20 gaz, se terminant au niveau de l'extrémité proximale de ladite partie saillante de forme tronconique (46) de manière à former essentiellement un bord (50) en forme d'arête vive, afin de retarder légèrement la combustion et de ne fournir aucune surface substantielle disponible pour une accumula25 tion du carbone; et - des moyens (52, 54) en forme d'orifices de délivrance d'oxygène, qui s'ouvrent concentriquement autour de la base de ladite partie saillante de forme tronconique (46) de manière à diriger l'oxygène vers l'extérieur à par30 tir de cette base, afin qu'il se mélange avec le combustible gazeux pour réaliser la combustion. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (52, 54) en forme d'orifices de délivrance d'oxygène comportent une pluralité de trous (52) de 35 délivrance d'oxygène, qui possèdent chacun un diamètre nette- ment inférieur à celui de ladite canalisation centrale (48) de passage du gaz. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits trous (52) de délivrance d'oxygène sont 5 disposés selon un réseau circulaire qui est essentiellement concentrique audit canal central (48) de passage du gaz. 4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits trous (52) de délivrance d'oxygène débouchent dans ladite face de la pointe (40) . 5. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits trous (52) de délivrance d'oxygène s'ouvrent au niveau de la jonction entre ladite face de la pointe et ladite base de ladite partie saillante de forme tronconique (46). 6. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (52,54) en forme d'orifices de délivrance d'oxygène comprennent un orifice de forme annulaire (54) ménagé dans ladite face (44) de la pointe du conduit de passage du gaz et disposé essentiellement concentrique20 ment par rapport audit canal central (48) de passage du gaz. 7. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (52,54) en forme d'orifices de délivrance d'oxygène comprennent une pluralité d'orifices (52) de délivrance d'oxygène disposés selon un réseau circulaire, 25 et un orifice de forme annulaire (54), ces orifices étant disposés essentiellement concentriquement par rapport audit canal central de passage du gaz. 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit orifice de forme annulaie (54) est disposé 30 concentriquement à l'intérieur du réseau circulaire desdits trous (52) de délivrance d'oxygène. 9. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé-en ce que ledit bloc réfractaire (30) possède une ouverture centrale qui est adaptée de façon substantielle à la for35 me de la flamme créée par ledit brûleur (10). 10. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une telle combustion s'effectue essentiellement à l'intérieur du bloc réfractaire de brdleur (30). 11. Ensemble selon la revendication 1, caracté5 risé en ce que l'ouverture dudit canal central (48) de passage du gaz est située dans un plan situé à une distance choisie du plan de ladite face (44) de la pointe du conduit de circulation du gaz.