Brevet FR2754332A1 — publié le 19980410

Brûleur de mélange air-fluide combustible liquide gazéifié. L'invention concerne les brûleurs à fluide combustible équipés de moyens d'amélioration de l'homogénéité du mélange air-fluide combustible des chaudières utilisant ce combustible. L'inconvénient principal des brûleurs de fluide combustible réside dans la difficulté à assurer une pulvérisation sous presion du fluide combustible, mazout par exemple, en microgouttelettes suffisamment fines et leur mélange homogène avec l'air dans le foyer des chaudières pour assurer une combustion complète. La combustion insuffisante du mélange air-combustible engendre des particules de suie et des résidus polluants se répandant dans l'atmosphère, un rendement amoindri donc une consommation plus importante de combustible, un encrassement de la chaudière et des conduits de fumée. Cet inconvénient se retrouve dans tous les types de chaudières à combustible liquide, domestiques ou industrielles. La pollution produite est importante, particulièrement dans les villes ou elle s'ajoute à celle produite par les différents types de véhicules à essence ou diesel. Le problème à résoudre est d'obtenir un mélange air-fluide combustible diffusé au niveau pré-moléculaire de tellr sorte qu'il soit totalement brulé, ne laisse subsister aucun résidu, suies, Nox etc., et donc n'engendre pas de pollution atmosphérique. Le brûleur selon l'invention résoud complètement ce problème de façon très simple et fiable. Il réduit la consommation du fluide combustible de l'ordre de 20%, n'engendre pas de pollution et n'encrasse pas les chaudières et réduit le coût d'exploitation. Le brûleur selon l'invention atteint ces objectifs en proposant un moyen original et simple de gazéification au niveau pré-moléculaire du mélange air-combustible liquide qui est projeté et brûlé dans le foyer des chaudières. Le combustible liquide est injecté sous pression dans une chambre de pré-mélange simultanément avec de l'air également sous pression, il s'y transforme en un nuage de microgouttelettes très fines qui traversent sous pression une paroi par une série de petits trous le dirigeant sous pression vers une hélice multi-pales de brassage et de fractionnement au niveau pré-moléculaire, le transformant en un gaz homogène sous pression qui s'éjecte et s'enflamme à la sortie de la buse du brûleur dans le foyer de la chaudière. Le brûleur selon l'invention est décrit en détail dans le texte qui suit, en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif, dans lesquels sont montres: - figure 1, une coupe en élévation de l'ensemble du brûleur selon l'invention; - figure 2, un schéma d'installation dudit brûleur et de sa commande sur une chaudière à combustible liquide. Tel qu'il est représenté en coupe sur l'exemple de la figure 1, le brûleur de fluide combustible est inclu dans un bloc de gazéification 1 qui comporte un moyen d'injection du fluide combustible à pointeau réglable 2, coopérant avec une entrée d'air primaire sous pression 3 et une hélice 4 de brassage et de fractionnement du mélange combustible sous pression, une buse de sortie dans le foyer et des moyens de contrôle et de régulation du débit de fluide combustible et d'air sous pression. Le bloc de gazéification 1 comporte en outre une micro-chambre 5 de pré-mélange aircombustible liquide en un nuage de très fines micro-gouttelettes, alimentée par une canalisation 6 en combustible liquide sous pression par le moyen 2 d'injection, et en air primaire sous pression par la canalisation 3. Une canalisation 7 introduit de l'air secondaire sous pression pour obtenir le rapport massique air-combustible liquide. Ledit pré-mélange sous pression est dirigé vers les pales de l'hélice 4 tournant à grande vitesse, effectuant un brassage et un fractionnement air-micro-gouttelettes de combustible au niveau prémoléculaire, le transformant en un gaz homogène dans une chambre 8 de gazéification ménagée dans ledit bloc 1. Une buse de sortie 9 (fig.2) du mélange gazéifié au rapport massique, est fixée sur l'extrémité annulaire 23 de la chambre de gazéification 8. Le bloc 1 est fixé sur la paroi du foyer de la chaudière, au droit d'un trou de passage de la buse à la sortie de laquelle le mélange gazéifié s'enflamme. La micro-chambre de pré-mélange 5 est concentrique à un axe longitudinal XX', fermée par une paroi rapportée 10 percée annulairement de trous 11 de petit diamètre pour la sortie sous pression du pré-mélange vers les pales de l'hélice 4. L'hélice 4 de brassage et de fractionnement à grande vitesse du pré-mélange, est une hélice multi-pales très légère montée libre sur un palier disposé concentriquement à l'axe XX' et solidaire du bloc de gazéificationl. Ladite hélice 4 est entraînée en rotation à grande vitesse par au moins un jet prériphérique 14 d'air sous pression coopérant avec la projection annulaire sous pression du pré-mélange air-combustible liquide en très fines micro-gouttelettes sur ses pales. L'air primaire, provenant de la canalisation 3 alimentant la micro-chambre de pré-mélange 5 est comprimé à une pression d'environ quatre bars et en ce que l'air secondaire provenant de la canalisation 7 est alimenté à une pression d'environ 1 à 2 bars. Le réglage du débit de fluide combustible est assuré au moyen d'un moteur électrique pas à pas 16 entraînant en rotation un système vis-écrou à pas fin, dans le sens approprié, déplaçant l'extrémité conique 17 du pointeau 2 de réglage fin du débit suivant les différentes allures de chauffe de la chaudière. Ce réglage peut être semi-automatique, voire manuel dans les petites chaudières individuelle avec un cadran gradué et une aiguille se déplaçant sur ces graduations sur lesquelles sont portées les allures de chauffe. L'hélice 4 tourne dans un palier 20 solidaire de bras 21 d'un corps annulaire 22 centré et fixé sur une seconde partie annulaire 23 du bloc 1. Le palier de l'hélice peut être réalisé de différentes façons, par exemple sur roulements à billes, sur palier lisse ou sur des crapaudines dont l'une est réglable. Le palier doit offrir le moins de résistance possible au frottement pour que l'hélice puisse tourner à sa vitesse maximale, au moins 5.000 à 10.000 tours minute. Pour conserver les caractéristiques de ce brûleur et sa fiabilité, il est préférable de filtrer le combustible liquide. La figure 2 montre un schéma d'installation dudit brûleur dans son bloc de gazéification 1, ses moyens d'alimentation et de commande sur une chaudière 25 à combustible liquide. I1 comporte un compresseur d'air 26, un réservoir tampon d'air comprimé 27, des moyens détendeurs sur les canalisations d'air primaire 3, et d'air secondaire 7, des manomètres 28, un réservoir à fluide combustible 29, une pompe 30 à fluide combustible à débit variable en fonction des allures de chauffe, un tableau 31 centralisant les moyens de contrôle et de programmation des débits réunis sous forme d'une centrale de servo-commande qui coordonne les paramètres de débit et de pression d'air et de combustible liquide en fonction des allures de chauffe programmées en agissant sélectivement sur le débit de la pompe 30 à combustible liquide, sur le moteur pas-à-pas 16 de réglage de position du pointeau 17 et sur des moyens de réglage de débit disposés sur les canalisations d'air primaire et d'air secondaire, munies chacune d'un détendeur à la pression correspondante et sur le débit du compresseur 26 par rapport à la pression résiduelle de réservoir tampon 27. Le nombre des brûleurs installés est fonction de la puissance de chauffe des chaudières. Pour les petites chaudières de chauffage domestique de maison ou pavillon, un modèle plus petit peut être prévu. REVENDICATIONS: 1 - Brûleur de mélange air-fluide combustible comportant un moyen d'injection du fluide combustible à pointeau réglable, coopérant avec une entrée d'air sous pression, une hélice de brassage du fluide combustible sous pression, et des moyens de contrôle et de régulation du débit de fluide combustible et d'air sous pression, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un bloc de gazéification (1 ) comprenant une microchambre de pré-mélange air-combustible liquide (5) en nuage de très fines micro-gouttelettes, alimentée en combustible liquide sous pression par un moyen d'injection (2, 16) et en air primaire sous pression, en ce que ledit pré-mélange sous pression est dirigé vers les pales d'une hélice (4) de surpression, de brassage et de fractionnement au niveau pré-moléculaire du pré-mélange, tournant à grande vitesse, en coopération avec de l'air secondaire, le transformant en un gaz homogène dans une chambre ( 8) de gazéification ménagée dans l'extrémité annulaire (23) du corps (1), en ce qu'une buse (9) de sortie du mélange gazéifié au rapport massique, est fixée sur l'extrémité annulaire (23) de la chambre de gazéification (8), en ce que le bloc (1) est fixé sur la paroi du foyer de la chaudière, au droit d'un trou de passage de la buse à la sortie de laquelle le mélange gazéifié s'enflamme. 2 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la micro-chambre de pré-mélange (5) est fermée par une paroi rapportée (10 ) percée annulairement de petits trous (11) de sortie du pré-mélange. 3 - Brûleur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'hélice ( 4) de brassage et de fractionnement à grande vitesse du pré-mélange, est une hélice multi-pales très légère montée libre sur un palier disposé concentriquement à l'axe XX et solidaire du bloc (1). 4 - Brûleur selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'hélice (4 ) est entraînée en rotation par au moins un jet prériphérique d'air (14) sous pression coopérant avec la projection annulaire sous pression du pré-mélange air-combustible liquide en nuage de microgouttelettes sur ses pales. 5 - Brûleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'air primaire alimentant la micro-chambre de pré-mélange (5) est comprimé à une pression d'environ quatre bars et en ce que l'air secondaire est alimenté à une pression d'environ 1 à 2 bars. 6 - Brûleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réglage du débit de fluide combustible alimentant la micro-chambre (5) de pré-mélange, est assuré au moyen d'un moteur électrique pas à pas (16) entraînant en rotation, dans le sens approprié, par l'intermédiaire d'un système à vis-écrou à pas très fin, le pointeau (2) de réglage du débit. 7 - Brûleur selon l'une des revendications 1, 4, 5 et 6, caractérisé en ce qu'une centrale de servo-commande coordonne les paramètres de débit et de pression d'air et de combustible liquide en fonction des allures de chauffe programmées en agissant sélectivement sur le débit de la pompe (30) à combustible liquide, sur le moteur pas-à-pas (16) de réglage du pointeau (2) et sur les moyens de réglage de débit disposés à la sortie du réservoir tampon (27 ) d'air comprimé sur les canalisations (3, 7) d'alimentation en air primaire et en air secondaire, munies chacune d'un détendeur à la pression correspondante et sur le débit du compresseur (26) par rapport à la pression résiduelle de réservoir tampon (27).