EP0965791A1 - Injecteur de combustible sous forme de brouillard pour brûleur à fioul et brûleur muni d'un tel injecteur - Google Patents

Injecteur de combustible sous forme de brouillard pour brûleur à fioul et brûleur muni d'un tel injecteur Download PDF

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EP0965791A1
EP0965791A1 EP99401368A EP99401368A EP0965791A1 EP 0965791 A1 EP0965791 A1 EP 0965791A1 EP 99401368 A EP99401368 A EP 99401368A EP 99401368 A EP99401368 A EP 99401368A EP 0965791 A1 EP0965791 A1 EP 0965791A1
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EP
European Patent Office
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injector
diameter
burner
fuel
channel
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EP99401368A
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German (de)
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EP0965791B1 (fr
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Pierre Bodelin
Bernard Labegorre
Patrick Recourt
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
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    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
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    • F23D2900/11101—Pulverising gas flow impinging on fuel from pre-filming surface, e.g. lip atomizers

Definitions

  • the invention relates to fuel injectors in the form of a mist (known in the art as spray name), for oil burners with a rod crossed by coaxial channels, one of which leads to a spray fluid and another a liquid fuel which are then transmitted to this injector. It relates to also burners fitted with such an injector.
  • the means adapted to spray a liquid given under the best conditions do not give necessarily the best results for another liquid having different physical properties, and moreover the composition sought for the mist varies from application to another.
  • US Patent 792,265 shows a burner coaxially comprising a central channel traversed by a combustible liquid, and two annular canals traversed by a stream of pressurized steam, fed in their upstream region respectively by the liquid to be sprayed and by steam ;
  • the free end (downstream) of the first partition annular, common to the central channel and to the annular channel immediately adjacent, is far upstream of the free end (downstream) of the second annular partition; in this way, a first external spraying of combustible liquid is performed during shearing from the outside, of the liquid jet, by the vapor arriving annularly around this jet, at the free end forming the nozzle of the first annular bulkhead;
  • the second annular partition determines internally from this free end a new central channel through which the resulting current flows from the first spray; this current is subject to a second external spray at the free ends, lying in the same transverse plane, of the two partitions forming the nozzle of the second annular channel.
  • US Patent 1,279,315 shows a structure burner neighbor, but in which the first annular channel is traversed by a current of air, while the second is traversed by a current of air or vapor, with the same disadvantages than those mentioned above.
  • a rod comprising an input part comprising coaxially from a channel central for an "internal" spray fluid fuel oil, an annular channel for fuel oil, and an annular channel for an "external” spray fluid; enter here outer wall of the cane, and the burner bulkhead, is determined an additional annular channel bringing a gas oxidizer.
  • the central channel for the internal spray fluid ends with a "internal" injector opening into the channel for fuel oil thus forming, downstream of the internal injector, a central channel containment constituting a pre-spray space for internal spray fluid and fuel oil, surrounded by the annular channel for the spray fluid external, while the channel for the oxidant gas remains between the outer wall of the cane and the burner bulkhead.
  • All or part of the pre-spray space can be made in a room in the form of an injector "Mixing" by which is injected into the quill of the burner, fuel oil sprayed with spray fluid internal, and around which the spray fluid is injected external.
  • the invention relates more precisely to such an injector of combustible mixture traversed by a fluid of internal spraying and the fuel itself (liquid), and therefore aims to create a mist injector fuel allowing an improvement in the quality of spraying, on the one hand avoiding the presence of "Flakes" within the flame produced by the burner, the term “flakes” designating fuel drops big enough to stay individually very clearly visible when they burn within the flame, and on the other hand by increasing the stability of the flame, the attachment of the flame to the burner nose being made almost systematic.
  • the longitudinal central channel containment constituting the pre-spray space has two regions 11, 12 of different diameters truncated in a zone 13, region 11 of largest diameter constituting the entry region of the injector and the region 12 of smaller diameter its region Release.
  • the ratio of the length of the region 12 at its diameter is of the order of 8 to 12, and typically equal to approximately 9.
  • the spraying liquid fuel results from tearing off the film lining the wall of the injector channel, which on the one hand, produces relatively large drops, and on the other hand quickly pulls small droplets into the stream spray fluid (e.g. air), flowing at high speed, which limits the amount of fuel evaporated locally and does not allow good combustion of the heavy fuel oil.
  • the stream spray fluid e.g. air
  • the invention therefore aims to remedy these drawbacks by increasing the mass fraction of small drops, and by decreasing the average diameter of the drops and the speed of small drops, and also improve the flame stability inside and outside of the burner outlet thanks to the adoption of an appropriate geometry for the injector, or at least for the downstream part of it which ends with its free end.
  • the invention relates to a fuel, in particular for oil burner, comprising internally a channel through which a fuel in the liquid state at least partially in the form of an upholstery film the inner wall of the channel and a spray fluid are transmitted to the downstream part of the ending injector by the free end of it by which the fuel is sprayed out of the injector forming a mist with the spray fluid stream, characterized by what this downstream part presents internally in the longitudinal alignment of the canal and in succession towards the free end, a film destabilization chamber having a cross section greater than that of channel, a film tearing neck extending the chamber destabilization and having a cross section lower than that of this room, and a projection mouth open at the free end of the injector, in which opens the tearing neck, and having a cross section greater than that of the neck.
  • the fuel film liquid is more easily detached from the wall of the canal than in the fuel mixture injectors according to the prior art, when it has entered the bottleneck intended for this purpose, and this results in the formation of droplets thinner in greater quantity.
  • the invention also relates to a burner of the type comprising a rod with a suitable downstream end to carry a mixture injector as mentioned above and an external injector, characterized in that the rod has internally a thread in which is screwed the mixture injector and externally a thread around which the external injector is screwed, and has a annular canal extending by a determined space between the external injector and the mixture injector.
  • the fuel mixture injector 3 in particular for oil burner, the downstream part of which is shown in FIG. 2, can be made in one piece, or still be made up of several separate pieces including one consists, for example, mainly of the part downstream of this figure.
  • This injector internally comprises a cylindrical channel 31 by which a fuel in the liquid state and a spray fluid is transmitted to its end free downstream so that the fuel is projected in forming a mist with the stream of spray fluid.
  • the injector In its downstream part, the injector has internally, in the longitudinal alignment of channel 31 and in succession towards the free end of this part, a room 32 of destabilization of the film having a section transverse greater than that of the canal, a neck 33 tear-off film extending the destabilization chamber and having a cross section less than that of this room and that of the canal, and a mouth of projection 34 open at the free end of the injector, into which the tearing neck opens, and having a cross section greater than that of the neck.
  • Chamber 32 connects to channel 31 and the neck 33 by shoulders defining perpendicular surfaces at the direction of flow indicated by an arrow in the figures; on the other hand, the neck 33 and the mouth 34 connect frusto-conically, the truncated cone of connection with a very obtuse angle at the top.
  • the thickness of the partition surrounding the mouth of projection 34 is weak, as we will see below, to avoid the risks of coking at the end of the injector.
  • the fuel in the liquid state traverses the channel 31 at least partially in the form of a film lining the inner wall of the canal.
  • the channel 31 is connected to the region of tearing off the film constituted by the bottleneck 33 raising an obstacle to the flow and thus favoring the bursting of the film of liquid fuel through the gaseous spray fluid stream.
  • chamber 32 the hanging of the film on the inner wall of the injector is destabilized, the abrupt section variations which result in the presence of shoulders whose surface extends perpendicular to the direction of flow facilitating lifting and spraying then made at the neck 33. Also, the chamber 32 of larger diameter than the channel 31 decreases the speed of small drops transported by atomizing air whose inertial effect is negligible due to their low mass.
  • the length of the bottleneck is relatively short compared to its diameter.
  • the small thickness of the partition surrounding the projection mouth 34 makes it possible to prevent risks of coking at the end of the injector, reducing the surface exposed to radiation from the oven.
  • this downstream part externally has a general shape cylindrical connecting frustoconically to the region surrounding the mouth 34.
  • the channel 31, the destabilization chamber 32, the neck 33 and the projection mouth 34 has a circular straight cross section.
  • D5 - D4 must be weak, but for reasons of mechanical resistance, we adopt D5 - D4 ⁇ 1mm.
  • At least this downstream part of the injector is metallic, for reasons of resistance mechanical and temperature resistance.
  • the injector which has just been described is intended for equip a burner comprising a cane 4 whose end downstream carrying the injector and opening into the opening block of an oven is shown diagrammatically in FIG. 3, mounting the burner according to the invention with respect to the block workman being himself represented schematically in the figure 4.
  • the downstream end of the rod 4 has externally a thread around which an external injector is screwed 5, and internally a thread into which is screwed the mixture injector 3 which has just been described; space annular 51 determined between the external injector and the mixing injector, in the extension of an annular channel 41 of the cane for the external spraying fluid, follows the contour of the mixture injector up to respective free ends of the two injectors 3, 5 which lead into the same plane; however, the internal injector by which the internal spraying fluid is introduced in the fuel stream is receding in the rod 4, upstream of the mixture injector.
  • Rod 4 is positioned in the opening block of so that is defined between its outer wall and the inner wall of the block, an annular channel for the oxidizer, and that the free end of the external injector 5 is around the downstream end of the upstream region 61 se connecting to the frustoconical region 63.
  • the centering of the rod in the upstream region 61 is produced by means of a ring 42 fixed around the cane, presenting naturally passages extending from upstream to downstream, for the oxidant.
  • the oxidizer is brought into the body of the burner 7 by a lateral pipe 71 opening into the upstream region thereof.
  • the opening block presents a burner attachment region in the form of a projection having opposite walls with shoulders 64, 65 whose upper shoulder 65 is connected to the body of the block workman by a bleeding 66;
  • the burner body has an outer flange 72, and the removable fixing of the burner to the workman is carried out by means of a device 8 comprising hooking elements 81 in folded sheet metal fitting approximately the shape of the shoulders; these elements hooks have an end flange 82 inserted in the groove 66, and are provided with threaded members 83 adapted to be housed in notches 73 extending in the region device of the flange 72 which they pass right through part and blocked by nuts 84.
  • the burner body 7 and the rod 4 are fixed to each other at flanges 74, 43 respective welded around them, by means of a removable fixing device comprising screeds 75 carried by the peripheral wall of the burner body each comprising a pivot 76 around from which is articulated a threaded rod 77 adapted for be housed in corresponding notches opposite in the peripheral region of the two flanges 74, 43 which it crosses right through and which is blocked by a nut 78.
  • the mounting of the body of the burner on the quarry block by means of the fixing device 8 is fast since it suffices to set up the hooking elements 81 on the shoulder projection 64, 65 and attaching the flange 72 thereto by means of the nuts 84; then the mounting of the rod 4 in the burner body is carried out easily by putting its flange 43 opposite the flange 74 of the burner body and tightening the nuts 78 around the rods threaded 77 after these have been flipped into the notches of the two flanges.

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Abstract

L'injecteur comporte un canal (31) par lequel un combustible liquide formant un film tapissant sa paroi, et un fluide de pulvérisation, sont transmis à sa partie aval, d'où le combustible est projeté en formant un brouillard avec le fluide de pulvérisation.
La partie aval présente, depuis le canal (31), vers l'extrémité libre de l'injecteur, une chambre (32) de déstabilisation du film présentant une section transversale supérieure à celle du canal, un goulet (33) d'arrachage du film prolongeant la chambre de déstabilisation et présentant une section transversale inférieure à celle de cette chambre, et une bouche de projection (34) ouverte à l'extrémité de l'injecteur, dans laquelle débouche le goulet, et présentant une section transversale supérieure.
Utilisation : fours de chauffage, notamment fours à verre.

Description

L'invention concerne les injecteurs de combustible sous forme d'un brouillard (connu dans la technique sous le nom de spray), pour des brûleurs à fioul comportant une canne traversée par des canaux coaxiaux dont l'un amène un fluide de pulvérisation et un autre un combustible liquide qui sont ensuite transmis à cet injecteur. Elle concerne également les brûleurs munis d'un tel injecteur.
On connaít une grande variété de dispositifs de pulvérisation ou pulvérisation de liquide comportant coaxialement un certain nombre de canaux pour amener sous pression un ou plusieurs liquides à pulvériser et un ou plusieurs gaz de pulvérisation à un orifice de sortie de produit pulvérisé.
En effet, les moyens adaptés pour pulvériser un liquide donné dans les meilleures conditions ne donnent pas nécessairement les meilleurs résultats pour un autre liquide présentant des propriétés physiques différentes, et de plus la composition recherchée pour le brouillard varie d'une application à une autre.
On connaít par exemple par les brevets US 2 565 696, 3 035 775, 3 533 558, 3 662 960 et 3 805 869, des dispositifs destinés respectivement à la projection de béton, à la projection des composants d'une mousse de polyuréthane, à la pulvérisation de solutions d'amidon très visqueuses, à l'injection de carburants liquides pour moteurs fusées, et à la pulvérisation de solutions de chlorure de polyvinyle en atmosphère sèche en vue de leur transformation en poudre ; ces dispositifs présentent des structures très diverses afin de créer, dans les canaux, des écoulements selon des modes spécifiques, par exemple hélicoïdaux dans le cas du document US 3 533 559, en vue d'une mise en présence optimale des divers composants immédiatement avant ou au moment de leur sortie du dispositif.
Cependant, la pulvérisation de liquides combustibles dans les brûleurs pose de plus des problèmes spécifiques tels qu'éviter les retours de flamme et la cokéfaction de l'injecteur de sortie, qui entraínent l'impossibilité d'appliquer directement ou d'adapter simplement les dispositifs des autres domaines, et que l'on a de tous temps cherché à résoudre par des moyens appropriés.
Par exemple, le brevet US 792 265 montre un brûleur comportant coaxialement un canal central parcouru par un liquide combustible, et deux canaux annulaires parcourus par un courant de vapeur sous pression, alimentés dans leur région amont respectivement par le liquide à projeter et par la vapeur ; l'extrémité libre (aval) de la première cloison annulaire, commune au canal central et au canal annulaire immédiatement voisin, est très en amont de l'extrémité libre (aval) de la deuxième cloison annulaire ; de la sorte, une première pulvérisation externe du liquide combustible est réalisée lors du cisaillement par l'extérieur, du jet de liquide, par la vapeur arrivant annulairement autour de ce jet, au niveau de l'extrémité libre formant buse de la première cloison annulaire ; la deuxième cloison annulaire détermine intérieurement à partir de cette extrémité libre un nouveau canal central par où transite le courant qui résulte de la première pulvérisation ; ce courant est soumis à une deuxième pulvérisation externe au niveau des extrémités libres, se situant dans le même plan transversal, des deux cloisons formant buse du deuxième canal annulaire. Avec cette structure, l'obtention d'un brouillard de caractéristiques précises est très difficile.
Le brevet US 1 279 315 montre un brûleur de structure voisine, mais dans lequel le premier canal annulaire est parcouru par un courant d'air, tandis que le deuxième est parcouru par un courant d'air ou de vapeur, avec les mêmes inconvénients que ceux mentionnés précédemment.
Il a été considéré qu'en amenant un fluide liquide à pulvériser, annulairement autour d'un premier fluide gazeux de pulvérisation, on pourrait mieux maítriser le processus de pulvérisation.
Ainsi, on connaít également des dispositifs de pulvérisation de liquide comportant coaxialement, de l'intérieur vers l'extérieur, un canal central parcouru par un gaz de pulvérisation, un canal annulaire parcouru par le produit, à l'état liquide, à pulvériser, et un canal annulaire parcouru également par un gaz de pulvérisation, alimentés dans une première région d'extrémité (région amont) par les fluides de pulvérisation et à projeter, et comportant des buses respectives dans la seconde région d'extrémité (région aval) afin de projeter le produit initialement à l'état liquide, sous la forme de gouttelettes en suspension dans les fluides de pulvérisation.
Cela est le cas notamment pour les objets des documents GB 672 441, EP 0 105 493 et EP 0 593 171, mais là encore la technique antérieure ne donne pas entièrement satisfaction pour la pulvérisation d'un liquide combustible dans l'ouvreau d'un four.
En effet, dans ces trois documents, les extrémités aval respectives au moins des deux canaux annulaires se terminent par une buse dont l'extrémité aval du canal central, légèrement en retrait à l'intérieur du canal annulaire intermédiaire, est néanmoins très proche ; il en résulte que bien que le produit à l'état liquide à pulvériser soit transmis par le canal annulaire intermédiaire, la pulvérisation réalisée par le gaz de pulvérisation intérieur est assimilable à une pulvérisation externe (elle résulte du cisaillement du jet de liquide par l'extrémité anguleuse de la paroi extérieure du canal annulaire pour le liquide) ; la pulvérisation réalisée par le gaz de pulvérisation extérieur est naturellement une pulvérisation externe également, et ainsi ces dispositifs peuvent être considérés comme étant à deux pulvérisations externes. En conséquence, la maítrise fine de l'état de pulvérisation du brouillard (diamètre moyen des gouttes et fraction des petites gouttes) est donc très délicate.
Il en résulte que malgré l'existence des dispositifs de ces trois documents, il restait à créer un dispositif provoquant d'une part une pulvérisation interne et d'autre part une pulvérisation externe du liquide à projeter.
A cette fin, dans un type de brûleur à fioul connu comportant un dispositif de pulvérisation selon le document de brevet FR 2 737 138, il est prévu une canne comportant une partie d'entrée comprenant coaxialement depuis un canal central pour un fluide de pulvérisation « interne » du fioul, un canal annulaire pour le fioul, et un canal annulaire pour un fluide de pulvérisation « externe » ; entre la paroi extérieure de la canne, et la cloison du brûleur, est déterminé un canal annulaire supplémentaire amenant un gaz comburant. Dans la partie de sortie de la canne mais nettement en amont de son extrémité de sortie, le canal central pour le fluide de pulvérisation interne se termine par un injecteur « interne » débouchant dans le canal pour le fioul formant ainsi, en aval de l'injecteur interne, un canal central de confinement constituant un espace de prépulvérisation pour le fluide de pulvérisation interne et le fioul, entouré du canal annulaire pour le fluide de pulvérisation externe, tandis que le canal pour le gaz comburant subsiste entre la paroi extérieure de la canne et la cloison du brûleur.
Tout ou partie de l'espace de prépulvérisation peut être réalisé dans une pièce sous la forme d'un injecteur « de mélange » par lequel est injecté dans l'ouvreau du brûleur, le fioul pulvérisé par le fluide de pulvérisation interne, et autour duquel est injecté le fluide de pulvérisation externe.
L'invention concerne plus précisément un tel injecteur de mélange combustible parcouru par un fluide de pulvérisation interne et le combustible proprement dit (liquide), et vise donc à créer un injecteur de brouillard combustible permettant une amélioration de la qualité de pulvérisation, d'une part en évitant la présence de « paillettes » au sein de la flamme produite par le brûleur, le terme « paillettes » désignant des gouttes de combustible suffisamment grosses pour rester individuellement très nettement visibles lorsqu'elles brûlent au sein de la flamme, et d'autre part en augmentant la stabilité de la flamme, l'accrochage de la flamme au nez du brûleur étant rendue quasi systématique.
On peut escompter atteindre ce but par la diminution du temps moyen nécessaire à l'évaporation de la population de gouttes, en augmentant la fraction massique de petites gouttes (diamètre plus petit que 20 µm) au sein du brouillard et en diminuant le diamètre moyen de l'ensemble des gouttes (à débits de fluide de pulvérisation et de liquide combustible constants).
En effet, dans l'injecteur de mélange du dispositif connu par le document FR 2 737 I38, qui peut être agencé comme représenté sur la figure 1, le canal central longitudinal de confinement constituant l'espace de prépulvérisation présente deux régions 11, 12 de diamètres différents raccordées tronconiquement dans une zone 13, la région 11 de plus grand diamètre constituant la région d'entrée de l'injecteur et la région 12 de plus petit diamètre sa région de sortie.
Généralement, le rapport de la longueur de la région 12 à son diamètre est de l'ordre de 8 à 12, et typiquement égal à 9 environ.
Dans cet injecteur de mélange combustible sous la forme d'un brouillard, on constate la formation d'un film 21 de combustible liquide d'épaisseur approximativement constante tout le long de la région 11 de grand diamètre du canal central, raccordé à un film 22 s'étendant le long de la région de petit diamètre par une zone tronconique 23 ; cependant, la forme intérieurement tronconique du film s'étend au-delà du raccordement tronconique des deux régions cylindriques du canal, ce qui entraíne la formation d'une surépaisseur du film dans la région de petit diamètre, l'épaisseur du film 22 de cette région décroissant ensuite jusqu'à l'extrémité libre de l'injecteur.
Il apparaít que dans ces conditions, la pulvérisation du combustible liquide résulte de l'arrachement du film qui garnit la paroi du canal de l'injecteur, qui d'une part, produit des gouttes relativement grosses, et d'autre part entraíne rapidement les petites gouttelettes dans le courant de fluide de pulvérisation (par exemple de l'air), circulant à grande vitesse, ce qui limite la quantité de combustible évaporée localement et ne permet pas une bonne combustion du fioul lourd.
L'invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en augmentant la fraction massique de petites gouttes, et en diminuant le diamètre moyen des gouttes et la vitesse des petites gouttes, et également d'améliorer la stabilité de la flamme à l'intérieur et à l'extérieur de l'ouvreau du brûleur grâce à l'adoption d'une géométrie appropriée pour l'injecteur, ou au moins pour la partie aval de celui-ci qui se termine par son extrémité libre.
A cet effet, l'invention concerne un injecteur de combustible, notamment pour brûleur à fioul, comportant intérieurement un canal par lequel un combustible à l'état liquide au moins partiellement sous la forme d'un film tapissant la paroi interne du canal et un fluide de pulvérisation sont transmis à la partie aval de l'injecteur se terminant par l'extrémité libre de celui-ci par laquelle le combustible est projeté hors de l'injecteur en formant un brouillard avec le courant de fluide de pulvérisation, caractérisé en ce que cette partie aval présente intérieurement dans l'alignement longitudinal du canal et en succession vers l'extrémité libre, une chambre de déstabilisation du film présentant une section transversale supérieure à celle du canal, un goulet d'arrachage du film prolongeant la chambre de déstabilisation et présentant une section transversale inférieure à celle de cette chambre, et une bouche de projection ouverte à l'extrémité libre de l'injecteur, dans laquelle débouche le goulet d'arrachage, et présentant une section transversale supérieure à celle du goulet.
Grâce à cette configuration, le film de combustible liquide est détaché de la paroi du canal plus aisément que dans les injecteurs de mélange combustible selon la technique antérieure, lorsqu'il a pénétré dans le goulet prévu à cette fin, et il en résulte la formation de gouttelettes plus fines en plus grande quantité.
L'injecteur selon l'invention peut de plus présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • le goulet d'arrachage présente une section transversale inférieure à celle du canal ;
  • la chambre de déstabilisation présente une section circulaire dont le diamètre est supérieur environ de moitié au diamètre du canal, de section également circulaire ;
  • la chambre de déstabilisation présente une section circulaire, et sa longueur est approximativement triple de son diamètre ;
  • le goulet d'arrachage présente une section circulaire, et sa longueur est plus faible que son diamètre ;
  • le goulet d'arrachage présente une section circulaire, et sa longueur est supérieure au quart de son diamètre ;
  • la bouche de projection présente une section circulaire, et sa longueur est au plus égale au diamètre du goulet ;
  • la bouche de projection présente une section circulaire, et sa longueur est au moins égale à la moitié du diamètre du goulet ;
  • la bouche de projection présente une section circulaire, et son diamètre est supérieur environ de moitié au diamètre du goulet d'arrachage, de section également circulaire ;
  • la bouche de projection est entourée par une cloison annulaire dont le diamètre extérieur est supérieur d'environ 1 mm au diamètre intérieur ;
  • ladite partie aval est métallique ;
  • il est entièrement métallique.
L'invention concerne également un brûleur du type comportant une canne dont une extrémité aval est adaptée pour porter un injecteur de mélange tel que mentionné ci-dessus et un injecteur externe, caractérisé en ce que la canne présente intérieurement un filetage dans lequel est vissé l'injecteur de mélange et extérieurement un filetage autour duquel est vissé l'injecteur externe, et comporte un canal annulaire se prolongeant par un espace déterminé entre l'injecteur externe et l'injecteur de mélange.
Grâce à cette structure, l'adaptation de l'injecteur selon l'invention sur un brûleur, que ce soit en « première monte » ou en remplacement d'un injecteur antérieur est simple et rapide.
Le brûleur selon l'invention peut de plus présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • les extrémités libres des deux injecteurs débouchent dans le même plan ;
  • il comporte un corps portant extérieurement une bride de fixation à un bloc ouvreau, et une bride d'assemblage à une bride de la canne ;
  • il comporte un corps portant extérieurement des chapes comportant chacune un pivot autour duquel est articulée une tige filetée adaptée pour se loger dans des encoches correspondantes en regard dans la région périphérique de deux brides portées respectivement par le corps du brûleur et par la canne, qu'elle traverse de part en part et qui est bloquée par un écrou.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une forme de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif, et illustrée par les dessins joints dans lesquels :
  • la figure 1 est une section longitudinale schématique d'un injecteur selon la technique antérieure,
  • la figure 2 est une section longitudinale schématique de la partie aval d'un injecteur selon l'invention,
  • la figure 3 est une section longitudinale schématique montrant la partie aval d'une canne de pulvérisation munie d'un injecteur selon l'invention ; et
  • la figure 4 montre schématiquement le montage d'un brûleur comportant une telle canne, selon l'invention, sur un bloc ouvreau d'un four par exemple de fusion de verre.
L'injecteur 3 de mélange combustible, notamment pour brûleur à fioul, dont la partie aval est représentée sur la figure 2, peut être réalisé en une seule pièce, ou encore être formé de plusieurs pièces distinctes dont l'une est constituée, par exemple, principalement de la partie aval de cette figure.
Cet injecteur comporte intérieurement un canal cylindrique 31 par lequel un combustible à l'état liquide et un fluide de pulvérisation sont transmis vers son extrémité libre aval de telle sorte que le combustible soit projeté en formant un brouillard avec le courant de fluide de pulvérisation.
Dans sa partie aval, l'injecteur présente intérieurement, dans l'alignement longitudinal du canal 31 et en succession vers l'extrémité libre de cette partie, une chambre 32 de déstabilisation du film présentant une section transversale supérieure à celle du canal, un goulet 33 d'arrachage du film prolongeant la chambre de déstabilisation et présentant une section transversale inférieure à celle de cette chambre et à celle du canal, et une bouche de projection 34 ouverte à l'extrémité libre de l'injecteur, dans laquelle débouche le goulet d'arrachage, et présentant une section transversale supérieure à celle du goulet.
La chambre 32 se raccorde au canal 31 et au goulet 33 par des épaulements définissant des surfaces perpendiculaires à la direction d'écoulement indiquée par une flèche sur les figures ; en revanche, le goulet 33 et la bouche 34 se raccordent tronconiquement, le tronc de cône de raccordement présentant un angle au sommet très obtus.
L'épaisseur de la cloison entourant la bouche de projection 34 est faible, comme on le verra dans la suite, pour éviter les risques de cokéfaction à l'extrémité de l'injecteur.
Ainsi, comme dans les injecteurs connus, le combustible à l'état liquide parcourt le canal 31 au moins partiellement sous la forme d'un film tapissant la paroi interne du canal.
Cependant, c'est par l'intermédiaire de la chambre 32 que le canal 31 est relié à la région d'arrachage du film constituée par le goulet 33 dressant un obstacle à l'écoulement et ainsi favorisant l'éclatement du film de combustible liquide par le flux de fluide gazeux de pulvérisation.
Grâce à la chambre 32, l'accrochage du film sur la paroi interne de l'injecteur est déstabilisé, les brusques variations de section qui se traduisent par la présence des épaulements dont la surface s'étend perpendiculairement à la direction de l'écoulement facilitant l'arrachage et la pulvérisation réalisés ensuite au niveau du goulet 33. Egalement, la chambre 32 de plus grand diamètre que le canal 31 diminue la vitesse des petites gouttes transportées par l'air de pulvérisation dont l'effet inertiel est négligeable par suite de leur faible masse.
Pour éviter toute coalescence des gouttes formées, la longueur du goulet est relativement faible devant son diamètre.
Le brouillard résultant de la pulvérisation est ensuite guidé dans la bouche de projection 34, qui ne doit pas être trop longue également pour éviter la coalescence des gouttes, mais doit l'être cependant suffisamment pour permettre le retour à un écoulement établi du brouillard.
Comme on l'a vu, la faible épaisseur de la cloison entourant la bouche de projection 34 permet de prévenir les risques de cokéfaction à l'extrémité de l'injecteur, en diminuant la surface exposée au rayonnement du four.
En revanche, pour des raisons de résistance mécanique, l'épaisseur dans les autres régions est plus grande, et cette partie aval présente extérieurement une forme générale cylindrique se raccordant tronconiquement à la région entourant la bouche 34.
Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le canal 31, la chambre 32 de déstabilisation, le goulet 33 d'arrachage, et la bouche de projection 34 présentent une section transversale droite circulaire.
L'optimisation du fonctionnement de cette partie aval est liée à une certaine géométrie et plus particulièrement à l'existence des relations dimensionnelles suivantes, dans lesquelles
  • D1 est le diamètre du canal 31,
  • D2 et L1 sont respectivement le diamètre et la longueur de la chambre 32 de déstabilisation du film,
  • D3 et L2 sont respectivement le diamètre et la longueur du goulet 33 d'arrachage du film,
  • D4 et L3 sont respectivement le diamètre et la longueur de la bouche de projection 34,
  • D5 est le diamètre extérieur de la cloison entourant la bouche de projection 34 : D2/D1 ≈ 1,5 et L1 ≈ 3D2 ; 0,25 < L2/D3 < 1 1 < D3/L3 < 2 et D4/D3 ≈ 1,5.
Enfin, D5 - D4, comme on l'a vu, doit être faible, mais pour des raisons de résistance mécanique, on adopte D5 - D4 ≈ 1mm.
De préférence, au moins cette partie aval de l'injecteur est métallique, pour des raisons de résistance mécanique et de tenue en température.
L'injecteur qui vient d'être décrit est destiné à équiper un brûleur comportant une canne 4 dont l'extrémité aval portant l'injecteur et débouchant dans le bloc ouvreau d'un four est représentée schématiquement sur la figure 3, le montage du brûleur selon l'invention par rapport au bloc ouvreau étant lui-même représenté schématiquement sur la figure 4.
L'extrémité aval de la canne 4 comporte extérieurement un filetage autour duquel est vissé un injecteur externe 5, et intérieurement un filetage dans lequel est vissé l'injecteur de mélange 3 qui vient d'être décrit ; l'espace annulaire 51 déterminé entre l'injecteur externe et l'injecteur de mélange, dans le prolongement d'un canal annulaire 41 de la canne pour le fluide de pulvérisation externe, épouse le contour de l'injecteur de mélange jusqu'aux extrémités libres respectives des deux injecteurs 3, 5 qui débouchent dans le même plan ; en revanche, l'injecteur interne par lequel le fluide de pulvérisation interne est introduit dans le courant de combustible est en retrait dans la canne 4, en amont de l'injecteur de mélange.
Le bloc ouvreau 6 dans lequel est introduit la canne 4 traversant d'amont en aval le corps du brûleur 7, comporte intérieurement deux régions respectivement amont 61 et aval 62 débouchant respectivement à l'extérieur et à l'intérieur du four, de forme générale cylindrique, raccordées par une région intermédiaire tronconique 63. Plus précisément, la région cylindrique aval 62, de plus grand diamètre, débouche dans le four en s'épanouissant légèrement, et la région amont 61 comporte un épaulement pour positionner en butée la paroi extérieure du corps du brûleur 7.
La canne 4 est positionnée dans le bloc ouvreau de telle sorte que soit défini entre sa paroi extérieure et la paroi intérieure du bloc, un canal annulaire pour le comburant, et que l'extrémité libre de l'injecteur externe 5 soit aux environs de l'extrémité aval de la région amont 61 se raccordant à la région tronconique 63. Le centrage de la canne dans la région amont 61 est réalisé au moyen d'une bague 42 fixée autour de la canne, présentant naturellement des passages s'étendant d'amont en aval, pour le comburant. Le comburant est amené dans le corps du brûleur 7 par une conduite latérale 71 débouchant dans la région amont de celui-ci.
Extérieurement et côté amont, le bloc ouvreau présente une région de fixation du brûleur sous la forme d'une saillie présentant des parois opposées à épaulements 64, 65 dont l'épaulement supérieur 65 est raccordé au corps du bloc ouvreau par une saignée 66 ; le corps du brûleur comporte une bride extérieure 72, et la fixation amovible du brûleur à l'ouvreau est réalisée au moyen d'un dispositif 8 comportant des éléments d'accrochage 81 en tôle pliée épousant approximativement la forme des épaulements ; ces éléments d'accrochage présentent un rebord d'extrémité 82 inséré dans la saignée 66, et sont munis d'organes filetés 83 adaptés pour se loger dans des encoches 73 s'étendant dans la région périphérique de la bride 72 qu'ils traversent de part en part et bloqués par des écrous 84.
Le corps du brûleur 7 et la canne 4 sont fixés l'un à l'autre au niveau de brides 74, 43 respectives soudées autour d'eux, au moyen d'un dispositif de fixation amovible comprenant des chapes 75 portées par la paroi périphérique du corps du brûleur comportant chacune un pivot 76 autour duquel est articulée une tige filetée 77 adaptée pour se loger dans des encoches correspondantes en regard dans la région périphérique des deux brides 74, 43 qu'elle traverse de part en part et qui est bloquée par un écrou 78.
Grâce à cet agencement, le montage du corps du brûleur sur le bloc ouvreau au moyen du dispositif de fixation 8 est rapide puisqu'il suffit de mettre en place les éléments d'accrochage 81 sur la saillie à épaulements 64, 65 et d'y fixer la bride 72 au moyen des écrous 84 ; puis le montage de la canne 4 dans le corps du brûleur est effectué aisément en mettant sa bride 43 en regard de la bride 74 du corps du brûleur et en serrant les écrous 78 autour des tiges filetées 77 après que celles-ci ont été basculées dans les encoches des deux brides.
Le brûleur étant monté dans ces conditions, d'une part le brouillard issu de l'injecteur est constitué en majorité de gouttelettes plus fines qu'au moyen des injecteurs de la technique antérieure, et aussi entraínées à moins grande vitesse, ce qui favorise la combustion des fiouls lourds, et d'autre part la flamme est plus stable dans la région de l'ouvreau.

Claims (16)

  1. Injecteur de combustible, notamment pour brûleur à fioul, comportant intérieurement un canal (31) par lequel un combustible à l'état liquide au moins partiellement sous la forme d'un film tapissant la paroi interne du canal et un fluide de pulvérisation sont transmis à la partie aval de l'injecteur se terminant par l'extrémité libre de celui-ci par laquelle le combustible est projeté hors de l'injecteur en formant un brouillard avec le courant de fluide de pulvérisation, caractérisé en ce que cette partie aval présente intérieurement dans l'alignement longitudinal du canal (31) et en succession vers l'extrémité libre, une chambre (32) de déstabilisation du film présentant une section transversale supérieure à celle du canal, un goulet (33) d'arrachage du film prolongeant la chambre de déstabilisation et présentant une section transversale inférieure à celle de cette chambre, et une bouche (34) de projection ouverte à l'extrémité libre de l'injecteur, dans laquelle débouche le goulet d'arrachage, et présentant une section transversale supérieure à celle du goulet.
  2. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le goulet (33) d'arrachage présente une section transversale inférieure à celle du canal (31).
  3. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (32) de déstabilisation présente une section circulaire dont le diamètre (D2) est supérieur environ de moitié au diamètre (D1) du canal (31), de section également circulaire.
  4. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (32) de déstabilisation présente une section circulaire, et sa longueur (L1) est approximativement triple de son diamètre (D2).
  5. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le goulet (33) d'arrachage présente une section circulaire, et sa longueur (L2) est plus faible que son diamètre (D3).
  6. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le goulet (33) d'arrachage présente une section circulaire, et sa longueur (L2) est supérieure au quart de son diamètre (D3).
  7. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bouche de projection (34) présente une section circulaire, et sa longueur (L3) est au plus égale au diamètre (D3) du goulet (33).
  8. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bouche de projection (34) présente une section circulaire, et sa longueur (L3) est au moins égale à la moitié du diamètre (D3) du goulet (33).
  9. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bouche de projection (34) présente une section circulaire, et son diamètre (D4) est supérieur environ de moitié au diamètre (D3) du goulet (33) d'arrachage, de section également circulaire.
  10. Injecteur de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bouche de projection (34) est entourée par une cloison annulaire dont le diamètre extérieur (D5) est supérieur d'environ 1 mm au diamètre intérieur (D4).
  11. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie aval est métallique.
  12. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est entièrement métallique.
  13. Brûleur du type comportant une canne (4) dont une extrémité aval est adaptée pour porter un injecteur de mélange (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un injecteur externe (5), caractérisé en ce que la canne présente intérieurement un filetage dans lequel est vissé l'injecteur de mélange (3) et extérieurement un filetage autour duquel est vissé l'injecteur externe (5), et comporte un canal annulaire (41) se prolongeant par un espace (51) déterminé entre l'injecteur externe et l'injecteur de mélange.
  14. Brûleur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les extrémités libres des deux injecteurs (3, 5) débouchent dans le même plan.
  15. Brûleur selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un corps portant extérieurement une bride (72) de fixation à un bloc ouvreau, et une bride (74) d'assemblage à une bride (43) de la canne (4).
  16. Brûleur selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un corps portant extérieurement des chapes (75) comportant chacune un pivot (76) autour duquel est articulée une tige filetée (77) adaptée pour se loger dans des encoches correspondantes en regard dans la région périphérique de deux brides (74, 43) portées respectivement par le corps du brûleur et par la canne, qu'elle traverse de part en part et qui est bloquée par un écrou (78).
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