[0001] La présente invention a pour objet un dispositif d'allumage pour brûler à haute vitesse,
de type à buse froide. Un tel dispositif est connu du FR-A 2 520 090.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un brûleur de ce genre faisant intervenir:
- un injecteur de type classique formé par la combinaison d'une buse d'injection de
gaz combustible sous pression, par exemple de propane, d'un conduit mélangeur dans
lequel débite ladite buse, et d'orifices débouchant à l'air libre, grâce auxquels
l'air est aspiré dans le conduit par un effet venturi, est mélangé au gaz combustible
et est accéléré dans le conduit pour former un flux de mélange gazeux à grande vitesse;
- une chambre d'adaptation, dans laquelle débouche l'injecteur, cette chambre d'adaptation
pouvant présenter une forme évasée se terminant par un orifice muni d'une grille bombée
vers l'extérieur;
- une chambre d'ignition, dans laquelle s'amorce la combustion du mélange gazeux qui
ressort à grande vitesse des perforations de la grille, cette chambre d'ignition étant
formée par un élément tubulaire prolongeant la chambre d'adaptation;
- des moyens de déflexion équipant l'ouverture extérieure de la chambre d'ignition
et comprenant deux déflecteurs orientés de manière à converger l'un vers l'autre à
partir de deux zones opposées de ladite ouverture; et
- une chambre d'allumage équipée de moyens permettant d'amorcer la combustion du flux
de mélange gazeux.
[0003] Dans ce type de brûleur, le début de la flamme à l'intérieur de la chambre d'ignition
est engendré par les jets de mélange gazeux produits par les perforations centrales
de la grille qui subissent un phénomène de détente et se ralentissent. A l'intérieur
de la chambre d'ignition, la flamme naissante de forme sensiblement parabolique, n'occupe
qu'une fraction de cette chambre. Elle ressort du brûleur à grande vitesse en passant
entre les déflecteurs pour se propager ensuite à l'air libre en engendrant, au-delà
de son front avant, un flux d'air chaud se propageant axialement par rapport au brûleur.
[0004] L'effet de buse froide est alors dû à l'interaction des parties latérales de la grille,
des parois de la chambre d'ignition et, dans une moindre mesure, des déflecteurs.
[0005] En effet, les parties latérales de la grille forment, avec lesdites parois, des espaces
en forme de coin qui. constituent des espaces morts dans lesquels la flamme ne peut
pas se propager. Ces espaces morts sont parcourus par les jets de mélange gazeux provenant
des perforations des parties latérales de la grille qui viennent ensuite buter et
s'écoulent en un flux gazeux sur les parois de la chambre d'ignition et sur les déflecteurs.
Ce flux gazeux, non enflammé, assure donc un isolement thermique et un refroidissement
continu des parois qui ne peuvent donc pas s'échauffer. Ce phénomène s'étend en outre
aux déflecteurs qui ne sont donc pas léchés par la flamme et qui ne subissent pas
eux non plus d'échauffement.
[0006] Pour effectuer l'allumage de la flamme, on a également proposé d'utiliser une bougie
d'allumage montée dans un logement tubulaire débouchant dans la chambre d'ignition
grâce à un orifice prévu dans un emplacement de la paroi de ladite chambre situé au
droit de la zone latérale de la grille.
[0007] Toutefois, on constate à l'usage que cette solution présente un grave inconvénient.
En effet, le logement tubulaire de la bougie forme une cavité engendrant un régime
turbulent du flux gazeux émis par les perforations de la grille. De ce fait, une combustion
permanente autoentretenue du flux gazeux peut s'établir au niveau de cette cavité,
causant un échauffement de la paroi de la chambre d'ignition, ce qui est contraire
au but recherché.
[0008] L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients.
Elle propose donc un brûleur du type susdit caractérisé en ce que la chambre d'allumage
dans laquelle s'étend une électrode d'allumage est une cavité d'allumage extérieure
à la chambre d'ignition, et communique avec celle-ci grâce à un perçage.
[0009] En outre, les dimensions de cet orifice ainsi que celles de la chambre d'allumage
sont prévues de manière à ce qu'une combustion du mélange gazeux ne puisse pas se
développer en permanence à l'intérieur de la chambre d'allumage.
[0010] Avantageusement, la chambre d'allumage pourra être formée par un perçage cylindrique
borgne réalisé dans une pièce métallique extérieure fixée à la paroi de la chambre
d'ignition. Ce perçage, axé parallèlement à l'axe longitudinal du brûleur, est alors
refermé, du côté opposé au fond par un porte-électrode en matière électriquement isolante,
qui délimite une cavité d'allumage dans laquelle s'étend axialement l'électrode. Cette
cavité est par ailleurs reliée à la chambre d'ignition grâce à un perçage transversal
communiquant avec un orifice de la paroi de ladite chambre.
[0011] Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non
limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une coupe axiale schématique d'un brûleur à grande vitesse de type
à buse froide selon l'invention ;
La figure 2 est une vue à plus grande échelle de la tête du brûleur représenté figure
1 ;
La figure 3 est une vue en perspective schématique de la tête de brûleur représenté
figure 2 ;
La figure 4 est une vue partielle schématique de la paroi intérieure de la chambre
d'ignition, munie de l'orifice d'allumage.
[0012] Tel que représenté sur la figure 1, le brûleur se compose plus particulièrement :
- d'un injecteur 1 de type classique comprenant :
. une buse 2 raccordée à une source de gaz inflammable (par exemple une bouteille
de propane) à une pression d'environ 3 à 4 bars,
. une tubulure 3 dans laquelle ledit gaz sous pression est injecté, et
. au moins une ouverture de passage d'air 4 située au niveau de la jonction entre
ladite buse 2 et ladite tubulure 3 ;
cet ensemble forme une pompe à jet qui entraîne l'air provenant de l'ouverture 4 et
engendre à l'entrée de la tubulure 3 un flux de mélange gazeux à haute vitesse, de
l'ordre de 12660 mètres/minute ;
- d'une chambre d'adaptation 5 dans laquelle débouche la tubulure 3, cette chambre
5 présentant une forme tubulaire évasée qui prolonge la section de sortie de la tubulure
3 et comprend deux parois très légèrement convergentes 7, 8, de largeur croissante,
et deux parois latérales divergentes 9, 10 (figure 3), de largeur légèrement décroissante,
de sorte que la section droite de cette chambre d'adaptation 5 croît à partir de son
raccordement à la tubulure 3 ;
- d'une chambre d'ignition 6 formée par une portion tubulaire 11, de forme parallélépipédique,
qui comprend deux faces parallèles 12, 13, relativement larges qui s'étendent dans
le prolongement des deux parois convergentes 7, 8 de la chambre d'adaptation 5, et
deux faces latérales parallèles 14, 15, de faible largeur qui s'étendent dans le prolongement
des deux parois divergentes 9, 10 de ladite chambre 5;
- d'une double grille de diffusion 16 qui consiste en deux pièces de tôle perforée
de forme hémicylindrique, axée perpendiculairement à l'axe de la tubulure 3 et parallèlement
aux faces 12 et 13, cette double grille qui est fixée au brûleur par ses deux bordures
longitudinales au niveau de la zone de raccordement entre les chambres 5 et 6, forme
une cloison bombée dont la concavité est orientée vers l'intérieur de la chambre d'adaptation
5 et dont la partie centrale qui ne présente qu'une épaisseur de grille est située
à proximité de l'orifice extérieur de la chambre d'ignition 6 ;
- de deux déflecteurs 17, 18 prolongeant respectivement les deux faces 12, 13 en formant
avec celles-ci un angle d'environ 45° ;
- d'une languette 26, destinée à provoquer un ralentissement du flux gazeux au droit
de l'ouverture 24 du porte-électrode 22.
[0013] Dans le brûleur qui vient d'être décrit, le mélange combustible injecté dans là chambre
d'adaptation 5 forme, au travers des perforations de la grille 16, une succession
de jets s'écoulant à grande vitesse (de l'ordre de 2400 m/mn).
[0014] Dans la partie centrale O de la grille 16, ces jets sont orientés axialement (dans
l'axe de la tubulure), tandis que dans les parties latérales, ils sont sensiblement
radiaux et viennent buter sur les parois 12, 13 et sur les déflecteurs 17, 18.
[0015] On constate que la vitesse d'écoulement du mélange gazeux formée par les jets produits
dans la région centrale O de la grille 16 subit une décélération (la vitesse s'abaissant
rapidement jusqu'à 1600 m/mn). Ceci provient en partie du fait qu'au sortir des perforations
centrales de la grille 16, il se produit une détente du mélange combustible, cette
détente étant favorisée par la distribution en jets du flux gazeux. Cette diminution
de la vitesse d'écoulement permet à la combustion de s'amorcer à une légère distance
de la grille 16.
[0016] A partir du point d'amorçage, la flamme F se propage vers l'extérieur de la chambre
d'ignition avec une forme de section droite axiale sensiblement parabolique, sans
lécher les parois de la chambre 6 et les déflecteurs 17,18.
[0017] En effet, comme précédemment mentionné, les parties latérales de la grille forment
avec la parois 12, 13 des espaces en forme de coin qui constituent des espaces morts
dans lesquels la flamme ne peut pas se propager.
[0018] Ces espaces morts sont parcourus par les jets de mélange gazeux provenant des perforations
des parties latérales de la grille qui viennent ensuite buter et s'écoulent en un
flux gazeux sur les parois 12, 13 de la chambre d'ignition 6 et sur les déflecteurs
17,18.
[0019] Les parois 12, 13 de la chambre d'ignition 6 et les déflecteurs 17, 18 qui ne sont
donc pas léchés par la flamme F et sont ventilés par le flux de mélange combustible
ne s'échauffent donc pas et sont au contraire constamment refroidis.
[0020] Ceci explique la raison pour laquelle le brûleur ne subit aucune élévation importante
de température (brûleur à buse froide).
[0021] Dans cet exemple, le dispositif d'allumage comprend une chambre d'allumage 20 consistant
en un perçage borgne 20' pratiqué dans une pièce. métallique 21 de forme parallélépipédique,
fixée sur la paroi 13 de la chambre d'ignition 6.
[0022] Dans ce perçage vient s'engager un porte-électrode cylindrique 22 en matériau électriquement
isolant duquel part, coaxialement, une électrode d'allumage 23 qui s'étend dans la
chambre d'allumage. Cette électrode 23 est, par ailleurs, reliée à un générateur électrique,
par exemple un générateur pié- zoélectrique, au moyen d'un câble électrique 23'.
[0023] La chambre d'allumage 20 communique avec la chambre d'ignition 6 au moyen d'un perçage
transversal 24 pratiqué dans la pièce 21, qui correspond avec un perçage 25 réalisé
dans la paroi 13 de la chambre d'ignition 6.
[0024] Les perçages 24 et 25 sont dimensionnés de manière à former un passage d'accès du
mélange gazeux dans la chambre d'allumage 20.
[0025] De ce fait, l'émission d'une étincelle par l'électrode 23 provoque une combustion
brutale du mélange gazeux dans la chambre d'allumage 20. Les gaz en combustion sont
alors éjectés par le passage formé par les perçages 24, 25 et viennent, en conséquence,
allumer le flux de mélange gazeux qui sort des perforations centrales de la grille
16.
[0026] Ce passage 24, 25 doit nécessairement présenter une section réduite de manière à
éviter toute possibilité de turbulences du mélange gazeux à son voisinage qui conduirait
à l'établissement d'une combustion permanente.
[0027] Ainsi, dans cet exemple, on a prévu un diamètre du perçage 24 de l'ordre de 4 mm,
pour un diamètre de la chambre d'allumage 20 de 8 mm. Il convient de noter toutefois
que des diamètres compris entre 3 et 8 mm pourraient éventuellement convenir.
[0028] De même, il est possible de prévoir dans la paroi 13 des perçages de section carrée
ou rectangulaire avec des côtés présentant des longueurs comprises dans la gamme des
dimensions prévues pour les diamètres précédemment indiqués.
[0029] Il s'avère que, grâce aux dispositions précédemment indiquées, le dispositif d'allumage
ne provoque pas de combustion parasite autoentretenue, susceptible d'engendrer un
échauffement du brûleur.
1. Brûleur à haute vitesse, de type à buse froide, ce brûleur faisant intervenir:
- un injecteur (1) de type classique formé par la combinaison d'une buse (2) d'injection
de gaz combustible sous pression, d'un conduit mélangeur (3) dans lequel débite ladite
buse (2), et d'orifices (4) débouchant à l'air libre, grâce auxquels l'air est aspiré
dans le conduit (3) par un effet venturi, est mélangé au gaz combustible et est accéléré
dans le conduit (3) pour former un flux de mélange gazeux à grande vitesse;
- une chambre d'adaptation (5), dans laquelle débouche l'injecteur (1) et se terminant
par un orifice muni d'une grille (16) bombée vers l'extérieur;
- une chambre d'ignition (6), dans laquelle s'amorce la combustion du mélange gazeux
qui ressort à grande vitesse des perforations de la grille (16), cette chambre d'ignition
(6) étant formée par un élément tubulaire prolongeant la chambre d'adaptation (5),
- des moyens de déflexion équipant l'ouverture de la chambre d'ignition et comprenant
deux déflecteurs (17, 18) orientés de manière à converger l'un vers l'autre à partir
de deux zones opposées de ladite ouverture; et
- une chambre d'allumage équipée de moyens permettant d'amorcer la combustion du flux
de mélange gazeux,
caractérisé en ce que la chambre d'allumage (20) dans laquelle s'étend une électrode
d'allumage (23) est une cavité extérieure à la chambre d'ignition (6), et communique
avec celle-ci grâce à un perçage (25) prévu dans la paroi (13) de la chambre d'ignition.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'allumage
(20) est formée par un perçage cylindrique borgne (20') réalisé dans une pièce métallique
extérieure (21) fixée à la paroi (13) de la chambre d'ignition (6), et en ce que ce
perçage (20'), axé parallèlement à l'axe longitudinal du brûleur, est refermé du côté
opposé à son fond par un porte-électrode (22) en matière électriquement isolante,
qui délimite une cavité dans laquelle s'étend axialement l'électrode (23).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la susdite cavité (20)
est reliée à la chambre d'ignition (6) grâce à un perçage transversal (24) communiquant
avec un orifice (25) de la paroi de ladite chambre d'ignition (6).
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le
susdit orifice de passage (24, 25) présente au moins partiellement une section carrée
ou rectangulaire.
1. Hochgeschwindigkeitsbrenner mit kalter Düse, wobei besagter Brenner zum Einsatz
bringt:
- einen Injektor (1) klassischen Typs, gebildet durch Kombination einer Düse (2) zur
Einführung eines brennbaren, unter Druck stehenden Gases mit einer Mischleitung (3)
in die besagte Düse (2) das Gas einströmen lässt und in die Aussenatmosphäre mündenden
Öffnungen (4), durch welche die Aussenluft durch Ventureffekt in die Leitung (3) gesaugt,
dem brennbaren Gas zugemischt und in der Leitung (3) beschleunigt wird, um einen Gasgemischstrom
hoher Geschwindigkeit zu bilden;
- eine Anpassungskammer (5), in welche der Injektor (1) mündet und die in einer Öffnung
endet, welche mit einem nach aussen gewölbten Gitter (16) versehen ist;
- eine Brennkammer (6), in welcher die Verbrennung mit grosser Geschwindigkeit aus
den Löchern des Gitters (16) austretenden Gasgemisches eingeleitet wird, wobei besagte
Brennkammer (6) vom einem rohrähnlichen, die Anpassungskammer (5) verlängernden Element
gebildet wird;
- Ablenkmittel, welche in der Öffnung der Brennkammer angeordnet sind und zwei Deflektoren
(17, 18) aufweisen, die so ausgerichtet sind, dass sie, von zwei einander gegenüberliegenden
Zonen der besagten Öffnung aus aufeinander zulaufen, und
- eine Zündkammer, welche mit Mitteln zur Einleitung der Verbrennung des Gasgemischstroms
versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkammer (20), in welche eine Zündelektrode (23)
hineinreicht, eine ausserhalb der Brennkammer (6) gelegene Vertiefung ist und mit
dieser durch eine in der Wand (13) der Brennkammer vorgesehenen Bohrung (25) in Verbindung
steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkammer (20) von
einer unechten zylindrischen Bohrung (20') gebildet wird, welche in einem äusseren,
an der Wand (13) der Brennkammer (6) befestigten Metallstück (21) ausgeführt ist und
dass besagte Bohrung (20'), deren Achse parallel zur Längsachse des Brenners verläuft,
am ihrem Boden gegenüberliegenden Ende durch einen Elektrodenträger (22) aus elektrisch
leitendem Material geschlossen wird, welcher eine Vertiefung begrenzt, in der sich
axial die Elektrode (23) erstreckt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Vertiefung (20)
mit der Brennkammer (6) durch eine Querbohrung (24) verbunden ist, welche mit einer
Öffnung (25) in der Wand der besagten Brennkammer (6) in Verbindung steht.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
besagte Durchgangsöffnung (24, 25) mindestens teilweise einen vier- oder rechteckigen
Querschnitt aufweist.
1. A high speed burner of the cold nozzle type, this burner including:
- a conventional type injector (1) formed by the combination of an injection nozzle
(2) for a pressurized fuel gas, a mixer duct (3) into which said nozzle (2) feeds
and orifices (4) opening to the free air, through which the air is sucked into the
duct (3) by venturi effect, is mixed with the fuel gas and is accelerated in the duct
(3) so as to form a high speed flow of a gaseous mixture;
- an adaptation chamber (5), into which the injector (1) opens, and ending in an orifice
having an outwardly curved grid (16);
- an ignition chamber (6) in which combustion of the gaseous mixture is initiated,
which leaves at high speed through the perforations of the grid (16), this ignition
chamber (6) being formed by a tubular element extending said adaptation chamber (5);
- deflection means equipping the opening of the ignition chamber and including two
deflectors (17, 18) oriented so as to converge towards each other from two opposite
zones of said opening; and
- an ignition chamber provided with means initiating the combustion of the flow of
the gaseous mixture;
characterized in that the ignition chamber (20) in which an electrode (23) extends
is a cavity external to the ignition chamber (6), and communicates therewith through
a bore (25) provided in the wall (13) of said ignition chamber.
2. The device as claimed in claim 1, characterized in that said ignition chamber (20)
is formed by a blind cylindrical bore (20') formed in an external metal part (21)
fixed to the wall (13) of said ignition chamber (6) and this bore (20'), disposed
parallel to the longitudinal axis of the burner, is closed on the side opposite its
bottom by an electrode holder (22) made from an electrically insulating material,
which defines a cavity in which the electrode (23) extends axially.
3. The device as claimed in claim 2, characterized in that said cavity (29) is connected
to the ignition chamber (6) through a transverse bore (24) communicating with an orifice
(25) in the wall of said ignition chamber (6).
4. The device as claimed in one of the previous claims, characterized in that said
passage orifice (24, 25) has at least partially a square or rectangular section.