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" Brûleur à pot pour combustibles liquides."
La présente invention est relative aux brû leurs à pot vaporiseurs pour combustibles liquides.
Elle a pour but de fournir : - un pot de brûleur à vaporisation, pour combusti- bles hydrocarbures, fonctionnant avec un rendement maximum ; - un pot de brûleur perfectionné, dont le fonctionne- ment est plus silencieux et plus stable que celui des pots de brûleurs classiques ; - un pot de brûleur fonctionnant efficacement avec des mélanges catalytiques d'hydrocarbures et qui
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réduit la tendance de ces combtibles au cracking et à produire de grandes quantités de carbone li- bre ; - un pot de brûleur capable d fonctionner dans une large gamme de capacités sans produire des quanti- tés importantes de carbone libre ; - un procédé perfectionné pour brûler des hydrocar- bures liquidas dans un brûleur du type à pot;
dos moyens et un procédé perfectionnés pour chauf fer un mélange riche d'hydrocarbure vaporisé et d'air, préalablement à la combustion du mélange final; - des moyens perfectionnés pour vaporiser l'hydro- carbure liquide dans un brûleur du type à pot, sans cracking ; - un fond de pot perfectionné pour brûleur à hydro- carbures liquides, du type à pot; - un dispositif diffuseur d'air perfectionné pour un brûleur du type à pot; - des dispositifs déflecteurs perfectionnés pour des brûleurs d'hydrocarbures du type à pot, - des moyens d'allumage et d'alimentation en air perfectionnés pour 1'amorçage de la combustion dans un brûleur à combustible liquide, du type à pot;
- un brûleur produisant une flamme de hauteur rela- tivement faible par rapport à celle des brûleurs à pot antérieurs de mêmes dimensions, ce qui per- met d'utiliser un appareil de chauffage ou élé- ment de fourneau d'encombrement vertical - - -
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considérablement réduit; - un diffuseur d'air perfectionné pour brûleurs à pot - des moyens d'alimentation en air secondaire pour brûleurs du type à pot; - un pot composite ne comportant qu'une quantité relativemetn faible de matériau résistant à la chaleur utilisé seulement quand les conditions thermiques en rendent l'utilisation avantageuse.
La présente invention qui vise des perfection- nements et des développements relatifs à l'inven- tion objet de la demande de braet des Etats-Unis déposée le 8 Novembre 1955, sous le N 545. 594, est représentée, plus ou moins schémtiquemetn aux des- sins annexés, dans lesquels : - lu figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe axiale, d'un pot de brûleur perfectionné suivant l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale de l'en- semble do la figure 1, par la line 2-2 de cette figure, et observée dans le sens des flèches;
- la figure 3 est une coupe axiale d'une variante de réalisation du brûleur de l'invention, avec certaines parties représentées en élévation, la coupe étant faite suivant la ligne 3-3 de la fi- gure 4.
- la figure 4 est une vue cn plan partielle de la structure de la figure 3; - la figure 5 est un? coupe axiale, à plus grande échelle, du pot dela figure 3 ; - la figure 6 est un plan, vu par dessus, de la
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partie inférieure da la structure de la figure 5; - la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6 ; - la figure 8 est une vue de profil d la structure do le. figure 6, avec arrachement de certaines parties; - la figure 9 est une coupe suivant la linge 9-9 de la figure 6; - la figure 10 est une coupe axiale, avec certaines parties représentées de profil, d'une autre va- riante du brûleur suivant l'invention; - la figure 11 est une coupe partielle radiale, d'une variante d'un détail du pot de brûleur sui- vent l'invention;
- la figure la est une représentation schématique du processus de combustion dans la région de la structure de diffuseur d'air de la figure 13 ; - la figure 13 est une coupe partielle radiale d'une autre variante du pot de brûleur suivant l'invention; - la figure 14 est une coupe axiale d'une structure de diffuseur d'air utilisée dans le pot de la fi- gure 13; - et la figure 15 est une coupe axiale partielle qui montre une variante de construction de la pa- roi latérale du. pot de brûleur suivant l'invention.
Sur toutes les figures, les mêmes éléments ou les éléments qui se correspondent ont été désignés par les mômes références numériques.
Dans l'exemple représenté, d'une manière
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générale par les dernières, et tout d'abord par la figure 1, le dispositif suivant l'invention com- prend une enveloppe ou corps d'appareil de chauffa- ge 1 dans lequel est monte un pot de brûleur 2 Ce- lui-ci peut reposer, par son extrémité supérieure, sur une cloison annulaire 3. La partie supérieure de l'enveloppe est soumise à un tirage. Dans cer- tains cas, ur. ventilateur ou autre source de pres- sion d'air peut être utilisé pour refouler de l'air dans l'intérieur du corps 1. Une tubulure d'arrivée de combustible 4 est fixée à la partie inférieure du pot. Bien entendu, des moyens de réglage conve- nables de l'arrivée du combustible (non représentés) doivent être associés à la tubulure d'entrée de combustible4 pour débiter un hydrocarbure liquide dans le pot.
La paroi latérale du pot da brûleur 2 présente plusieurs rangées ou étapes d'orifices d'entrée d'air 5,6, 7, 8, 9 et 10 pour admettre de l'air primaire et de l'air secondaire à l'intérieur du pét de brûleur. La rangée d'orifices d'admission d'air 9 située imédiatemet au-dessous de la ran- [se supérieure extrême, peut être orientée vers l'intérieur et vers le haut comme on le voit sur la figure 1.Les orifices de la rangée inférieure extr-- me 5, sont de préférence, dirigés vers lebas et plus ou moins tangentiellement.
Les orifices de la rangée inférieure 5 sont orientés de telle façon que l'air issu de ces orifices soit dirigé de haut en bas, versle fond du pet, suivant des
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trajectoires tançant!elles par rapport à l'axe ver- tical du pot. Pour la combustion vive, les orifices 5,6, 7 et 8 fournissent l'air primaire, et les orifices 9 et 10 l'air secondaire.
On remarquera que, dans le mode de réalisation de la figure 1, le fond du pot 11 est légèrement bombé vars le haut, de sorto que la combustible liquide débité par la tubulure 4 s'écoule tout d'a- bord autour du bord extérieur du fond du pot, en 12. Dans le mode de réalisation représenté, la par- tie extérieure du fond du pot est relativement pla- te, tandis que la partie centrale du fond est bom- bée vers le haut. En fait, cette disposition cons- titue une rigole circulaire qui reçoit le combus- tible au voisinage immédiat de la paroi latérale du pot. Ainsi, le combustible admis dans cette ri- gole est chauffédans une mesure appréciable par la chaleur conduite vers le bas par la paroi laté rale du pot 2, lorsque la combustion a lieu à la partie supérieure du pot et au-dessus de cette par- tie.
La structure du diffuseur d'air décrite ci- dessous transmet également de la chaleur à la ri- gole
Suivant l'invention, un ensemble tubulaire dif- fuseur d'air désigné par la référence générale 13 est monté au centre du pot. Cet ensemble comprend un tube d'admission d'air intérieur 14 encastré dans le fond du pot et communiquant avec un compartiment d'air situé au-dessous de ce fond. Le tube 14 est étroitement engagé dans une collerette 14a rabattue
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vers le bas, qui entoure une ouverture centrale mé- nagée dans la partie bombée vers le haut du fond du pot. Le tube 14 peut être soudé sur la collerette 14a La fonction essentielle du diffuseur d'air, comme il apparaîtra plus loin, est de chauffer le mélange riche combustible qui s'élève dans le pot.
L'ensemble 13 comporte un tube extérieur ou ronchon diffuseur d'air 15 qui entoure le tube in- térieur 14 de menièe à former avec celui-ci une chambre d'air Le tube extérieur 15 peut être main- tenu dans la position représentée par fixation sur un siéent do cloison supérieur 16 qui présente un épaulemetn 15a reposant sur le bord supérieur du tub 14 à un niveau adjacent à la partie supérieure du pot de brûleur. La cloison 16 est munie d'une série d'orifices 16a qui permettent à l'air de pas- sor dans la chambre comprise entre les tubes 14 et 15. Les orifices 16a ont des dimensions propres à maintenir l'air dans le manchon diffuseur 15 à une pression relativement basse.
Un élément inférieur 17 forint déflecteur peut ôtre fixé à 1a partie inférieure du tube 15. Ce déflecteur 17 peut compor- ter uns partie extérieure 18 dirigée vers le haut ot une partie inférieure 19 qui forme, entre le tu- be intérieur 14 et la tube extérieur 15, une cloi- son qui isol- la chambre annulaire comprise entre ces deux tubes, par rapport au fond du pot.
La cloison 16 comprend une partie 16b s'éten- dant vers le haut à partir de l'épaulement 19a Cette partie 16 présente un certain nombre
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d'orifices 20 répartis cironférenteillemetn de sorte que l'air traversant le tube 14 de bas en haut peut passer extérieurement dans le comparti- ment comprisentre la partie 16b et le tube15. Un chapeau 21 estmonté sur l'extrémitésupérieure de la partie 16b, et il comprend une partie marginale extérieure inclinée vers le haut, comme indiqué en 22 et qui surplombe la bord supérieur du tube 16.
Il est à noter que le bord supérieur du tube 15 est incliné d'un-; manière analogue et espacé du bord.
32 de manière à définer un passade d'air 23 s'éten- dant cironcftillemet et dirigé vers le haut et vers l'extérieur. le manchon diffuseur 15 est pourvu de plusieurs rangées de couronnes espacées verticalement, d'ori- fices 24, qui permettent à l'air de passer du com- partiment situé à l'intérieur du manchon 15 et au- dessous de la cloison 16, à l'intérieur du pot, à uyne pression relativement basse. La partie supérieu- re du machon 15, au-dessus do la cloison 16, pré- sante plusieurs rangées rapprochées d'orifices d'air 25. En cours de fonctionnement du brûleur, l'air s'écoule vers le haut à travers le tube central 14, puis, vers l'extérieur, à une pression relativement élevée, à travers les orifices d'air 25.
Une partie de cet air s'écoule vers le bas dans la chambre do détente comprise entre le tube intérieur 14 et le tube extérieur 15, et d'où il passe à l'extérieur, à une pression relativement plus faible, à travers les orifices 24. En pratique, les pièces ot les
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orifices sont proportionnés de telle façon que l'air admis à travers la paroi latérale du pot, à haute pression, par les orifices d'entrée d'air 5,6, 7, 8 et 9, et l'ir admis vers l'extérieur, à travers les orifices d'air 25, soient à la môme pression.
En pratique également, l'air à haute pression provenant des orifices 5,6, 7, et 8 se mélange à l'hydrocarbure vaporisé pour produire un mélange primaire. Comme décrit plus loin, l'air à basse pression provenant dos orifices 24 maintient une combustion loesliée qui pour effet d'échauffer le mxlange ascendant. L'ir à rande pression pro- venant des orifices 9 et 10 constitue l'air secon- dair destiné à produire le mélange combustible final. Enfin, l'air à grande pression provenant du ,manchon diffuseur, au-dessus de la cloison 16, sert à compléter et à nettoyer la combustion.
En prati- que, les jets à basse prsssion ainsi admis fournis- sent un débit d'ir suffisant pour une combustion strictement localisée représentée schématiquement par la figure 12 et décrite ci-après de façon plus détaillée. Ainsi, tandis que l'air primaire admis par les orifices 5,6, 7 et 8, s'intègre dans un mélange riche d'air et de combustible vaporisé, les jets à basse pression admis à travers les orifices 24 entretiennent des peintes de flamme localisées qui sont réparties sur la surface eu manchon dif- fuseur d'air extérieur 15, et servent à chauffer le mélange riche à mesure qu'il s'élève dans le pot, ce chauffage ayant en pratique un effet
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catalytiçue,
Un déflecteur tronconique renversé 26, est supporté, dans 1'exemple représenta par des rivets 27 fixés à la paroi du pot Ce déflecteur 26 pré- sente une ouverture centrale 28 à travers laquelle s'étend l'ensemble du diffuseur d'air, Le défloc tour 26, tel que reprsenté, a son rebord inférieur sensiblement au niveau de la troisième rangée d'o- @ rifisous d'entrée d'air 7. Des rivets 27a peuvent êtro utilisés pour supporter un anneau pilote infé- rieur, si cela est désirable.
Un autre élément déflecteur 29 relativement petit, peut être fixé au tube extérieur 15 à un ni- veau supérieur à celui du déflecteur 86 et inférieur à celui dû la ragoée d'orifices 9. En fait, les dé- flectaurs 17, 26 et 29 sont interposés entre la combustion qui s'effectue aux orifices d'air secon- daire 9 et au-dessus de ceux-ci, d'une part, et le combustible liquide admis dans la rigole circonfé- rontielle 12, d'autre part.
Ce combustible liquide est ainsi protégé contre le rayonnoment calorifi- que direct do la flamme, par les déflecteurs repré sentés à la figure 1, ou, par une autre structure convenable analogue telle que représentée, par exemple, pr les figures 3 et 5. En d'autres termes, l'hydrocarbure liquide contenu dans la rigole 12 ne "voit" pas la flamme Bien entendu, on peut modifier l'agencement des écrans ou déflecteurs et le mode de construction représenté de ces écrans, n'est nulle- ment essentiel.
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Les figures 3 et suivîtes représentent une variante do réalisation du brûleure et du pot, sui- vant l'invention, dont l'agencement général at le fonctionnement sont les nomes que dans l'exemple des figures 1 et 2. Comme représenté sur les figu- res 3, 4 et 5, dans cette variante, d brûleur com- ports un:; chamise extérieure 30 dans laquelle est convenablement supporté un pot de brûleur à paroi latérale 32 et à fond 33 présentant une partie in- térieur 34 bombée vers le haut et prolongée en son centre par un tube d'air vertical axial 35.
Il est clair que, comme dans le mode de réalisation dos figures 1 et 2, cette structure de pot définit une rigole circonférentielle 36 adjacente à sa pa roi latérale. la tubulure d'arrivée de combustible 37 débite le combustible dans la rigole 36, 1^.quel- la est alignée avec uns cavité indiquée par la ré- férance générale 38, qui constitue une dépression locale de la rigole circonférentielle 36.
A un ni- veau situé au-dessus du puisard 38 débouche une tu- bulrur d'admission d'air d'amorçage 3± qui commu- nique avec l'espace compris ntrc l'enveloppe exté- riourc ou chemise 30 et la paroi latérale 32 du pot. 40 désigne dans son ensemble un dispositif d'a morcage qui comporte un tube incliné 41 qui traverse une ouverture appropriée dans l paroi latérale du pot, et dont 1'extrémité ntérieure 41a surplombe la dépression 38 ou un prolongement latéral de celle-ci, comme il sera expliqué plus loin. On voit en 41b un orificc d'entrée d'air.
Dans la structure représentée par exemple par ls figures 5 à 9, 10
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raccord d'arrivée de combustible 37 est aligné avec la partie la. plus profonde 38 du puisard. Ainsi, lc raccord s'étend en fait au-dessous du niveau normal du fond ou surface inférieure 36 de la rigo- le cironférontiele Cette disposition, conjointe- ment à la configuration de 1a rigola elle-même et à 1a forme du fond bombé vers 1e haut, assure une pénétration d'un volume réduit au minimum de com- bustible liquide dans le fond du pot, si, par exem- ple, 1- flamme vient à s'éteindre.
Les commandes normales prévues interrompent l'alimentation en combustible liquide si le niveau de combustible dans le pot atteint l'extrémité supérieure du rac- cord d'entrée 37. Cette disposition ne permet la présence dans le fond du pot que d'un volume maxi- mum relativement faible de combustible liquide. La tubulure d'amorçage 39 est située immédiatement au- dessus de la partie ou dépression 38. Le passage d'entrée d'air ainsi formé a une position et des dimensions propres à assurer son fonctionnement au- tomatique sans qu'il soit nécessaire de prévoir ni organe d'interruption, ni aucun moyen de commande.
Il fournit un jet d'air d'amorçage directement au- dessus de la dépression du fond 38, dans laquelle le combustible liquide s'écoule à travers le rac- cord 37 Pendant le phase d'amorçage, la combustion a lieu immédiateme au-dessus de la surface du com- bustible dans la cavité 38, ce qui assure une vapo- risa ion initiale rapide. le rapport sntre les débits d'entrée d'air et d'hydrocarbure vaporisé
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devient favorable pour un phase de non-combustion, lorsque le volume d combustible liquide augmente.
En d'autres tarmes, lors de la période d'amorçage initial, l'air fourni par la tubulure 39 est de 1'air secondaire, 1'air primaire étant fourni par 1'intermédiar de 1'emsuemble d'amorgane 40 qui s'étend au-dessus du prolongement latéral 38b peu profond. Les détails de cette alimentation en air primaire pour l'ensemble d'écorçage ne sont pas re- présentés, µtint donne que cet ensbmel na fait pas parti..; de la présente invention. Par suite de la pulvérisation rapide d'un volume croissant d'hydro- carburs, l'air délivé par le tube 39 devient de l'air primaire et s'intègre simplemet au mélange riche.
En combustion vivo, cet air ne représente qu'une petite fraction de l'alimentation en air prinaire et la combustion ne continue pas au voisi- nage de la cavité ou dépression 38, ni imédiate- ment au-dessus de cellc-ci Au contraire, le mélan ge riche s'élève dans le pot et ne s'enflamme pas, lors de la phase de combustion vivo, tant qu'il ne reçoit pas son air secondaire à travers des orifi- ces tels que 47 ou 47a
Dans le pot proprementdit, comme représenté à une échelle légèrement agrandie par la figure 5, on remarquera que la paroi latérale 32 du pot, est ;:
unie d'une rangée inférieure d'orifices d'entrée d'air primaire 42 qui peuvent être avantageusement orientas vers le bas et quelque peu obliques par rapport à la direction radiale, de façon à inprimer
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un mouvement de giration à l'air issu de ces ori- fices. 43 désigne des rangées additionnelles d'ori- fices d'entrée d'air primaire répartis autour de la paroi latérale du pot, ces rangées étant à des distances différentes des extrémités de ce dernier.
Dans l'exemple représenté, la paroi latérale 32 du pot se termine par une lèvre circonférentielle 32a.
La partie supérieure du pot, désignée par la réfé- rence générale 44, peut être soudée ou fixée d'une . autre manière à cette lèvre comme indiqué en 45.
Cette séparation est avantageuse étant donné que la bande ou couronne 44 soumise à un échauffcemnt maximum peut alors être en acier inoxydable ou en un autre métal approprié résistant à la chaleur.
L'air est adnis à travers les orifices 46 dans l'espace situé autour de la paroi latérale 32 du pot, et au-dessous de la livre 32a Il en résulte un courant ou nappe d'air de direction générale verticale.
En se reportant par exemple à la figure 5, on 'Voit que la paroi latérale 32 du pot est fixée au fond 33 et constitue, au point de vue conduction thermique, un ensemble homogène. Le pot est com- plété par un élément extérieur ocouronne 44 soudé, ou fixé à demeure d'autre manière, à la paroi laté- rale du pot, comme indiqué en 45. Les orifices 46 débitent de l'air vers 1'intérieur, contre la partie extérieure supérieure de la paroi latérale du pot 32. En fait, on ménage ainsi uns chambre de détente et les jets d'air viennent frapper la paroi du pot
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ce qui a pour effet de faire passer vers le haut au.-dessous des orifices d'air secondaire 47, de l'air animé d'une vitesse réduite. Cet air à faible vitesse est fourni à la base des jets qui sortent des orifices 47 ou 47a.
On coriprendra que ces ori- fices d'arrivée d'air secondaire peuvent être in-
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clin6s vers 1* haut jar. une déformation du métal co'Tno indiqua en 47, ou t tre obtenus par simple yoin;,;o,.nt:.[c du métal coe')3 indiqué en 47a. Il doit 3tr& entendu qu'ils peuvent être tous conne montré en 47, ou obtenus par poinçonnage porpendiculairo- nent à la paroi 44, cor#r=ce représenté en 47a. L'es- sentiel est que, quelle que soit la manière dont lees jets d'ir secondaire sont dirigés, le déplace-
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Kent vers 1 c hut, à vitesse r--lativr--ent lente, de l'air q>1 pénètre à travers les orifices 46, sta- biH.F>0 le fl3.mr;13 3n évitant toute vibration ou flottement.
Une alimentation d'air à petite vitesse jn P1rIl,anenc; :tt3nont inf3riour3 à la vitesse do Propagatier 11,; la flamme, est ainsi obtenue, et la falmem provenant des jets d'air secondaire brûle direct scient centre la surface de la couronne 44, Le front de flambe est ainsi stationnaire et situé sur la paroi latérale du pot dans la discontinuité
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fcnée entre la lèvre 32a et la couronne extérieure supérieure 44 du pot.
Autour du tube 35 du diffuseur est monté le manchon diffuseur proprement dit 48. Celui-ci cn- tour; extérieurement le manchon 35, en ménageant un espace fermé, par exemple par un fond - - - -
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inférieur 49 Le manchon 48 est muni d'une série d'orifices de sortis d'air 50 à travers lesquels l'air pénètre à l'intérieur du pot dans le, mélange d'ir primaire et de combustible vaporisé. La cloi- on supérieure 51 centre et supporte l'extrémité supérieure du manchon-diffuseur 48 et repose de fa- çon amovible sur le bord supérieur du tuyau 35.
Ceete cloison est munie d'ouvertures appropriées, comme indiqué en 52 pour permettre à l'air de s'é- couler vers le haut et vers l'extérieur à partir de l'extrémité supérieure du tube 35. Le manchon-diffu seur 48 présente un fond supérieur 53, qui définit un chambre d'insufflation X au-dessus de la cloi- son 51. L'ouverture 52 a une dimension telle que l'air contenu dc.ns 1a chambre d'insufflation soit schsiblement à la môme pression que l'air débité dans l'espace compris antre l'enveloppe extérieure
30 de le figure 3 ct la paroi latérale 32 du pot.
Cependant, la cloison 51 est munie d'ouvertures telles que 54 qui maintiennent l'air dans l'espace compris entre le tube 35 et le manchon 48, et au- dessous de la cloison 51, à une pression légèrement inférieure. Ainsi, l'air qui s'échappe à travers les orifices 50, est à une pression inférieure à celle ..- de l'air issu des orifices d'entrée d'air primaire 42 et 43, et à une pression inférieure à celle de l'air qui sortà l'extérieur à travers le fond 53, par des ouvertures telles que 55 et 56.
Ainsi, comme dans la structure correspondante de le figure 1, de l'ir à une pression relativement élevée, s'écoule
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hors de la chambre d'insufflation X, vers la haut et vers l'extérieur, dans le nélange asccndant, ou dans la zone da combustion déjà établie, tandis que do l'air à base pression est admis à travers le ronchon diffuseur 48. Cet air à basse pression en- tretien les pointes de flammes localisées, comme roprésenté schématiquement sur la figure 12, assure un échauffement du mélange ascendant et exerce un effet catalytique sur celui-ci.
En ce qui concerne 1'alimentation en air de combustion, on a représentéà la figure 3, un mo- teur 60 qui entraîne en rotation un ventilateur exial 61. L'ensemble du ventilateur peut être mon- té dans un socle approprié 62 fixé de façon amovi- ble, par exemple comme indiqué en 63, au fond 64 de la pexoi extérieure 30 du corps de brûleur. Un déflecteur ou écran cylindrique est prévu en 65 et l'air est projeté contre cet écran par le vnti- lateur 61.
L'écran 65 peut être monté par exemple sur des équerres ou supports appropriés 66 qui laissent subsister un espace libre inférieur 67 à travers lequel l'air, après réduction de sa vitesse par l'écran ou déflecteur cylindrique 65 peut s'é couler dans l'espace compris antre le manchon exté- rieur 30 et 1a paroi latérale #2 du pot. Dans la me- sure où cet air est entraîné en hélice par l'effet accélérateur, il augmente la. tendance à une ?limon- tation obliqua à travers les orifices d'entrée 42 de qui provoque une rotation on hélice de l'air amenédans le. partie inférieure du pot. Les orifices
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42 sont représentés, par exemple, à la figure 5.
Au-dessus du ventilateur cst dispose un déflecteur horizontal 70, pratiquement plan, qui peut Atre supporta par plusieurs équerres 71, de direction
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générale r-'.ciale, qui écartent le déflecteur 70 à la plaque supérieure 72 et de son orifice d'entrée d'air axial 73.
Ainsi, une partie de l'air soufflé par le ventilateur est dirige vers l'intérieur par les équerres ou supports 71 et traverse do bas en
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hw.ut l'antré'3 d'-.:.r 73 d'ou il p3nè"ir3'dns le tube 35. ::-:is, 1#s supports 71 "brisant" l'j r.10uv::'::3nt en hlliee de l'ii= et 1<.s pl".au.:s d6flGctric2s 70 et 7 Cf1pôch-.nt tout i:2'..'Ct cirect av l'-=lir sur lE: partie bombée 34 du fond ou contre If. paroi ir.fe- rieure du pot, i::p-- c qui pourr-:it provoquer un r0frcidisseLnt ind3slrtl du fond du pot. La plaque supérieure 72 est représentée munie d'un
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prolongeront tubulaire supérieur 72e qui 6vite que 1'#ir Ill.> lèche le fond du pot.
On comprendra qu'on peut pr:::.tiquCrlGIIt prévoir à l'intérieur du pot une grande variété d'ensembles de déflacteurs ou écrans. Dans la mode de réalisa- tion des figures 1 et 2, on utilise doux déflecteurs qui s'étendent vers l'extérieur à prtir du manchon- diffuseur 15, ct un seul déflecteur est prévu, com- me indiqué en 26, vers l'intérieur à partir de la paroi latérale du pot, ces déflecteurs étant dis- posés à des niveaux différents.
Dans le mode de éa lisation de 1a figure 5, il n'est prévu quc deux
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déflecteurs, à svor un 8.plect1r 75 incliné vers
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le haut et vers l'extérieur, sur la paroi 48 du diffuseur, et un déflecteur conique 76 s'étendant vers le bas et vers l'intérieur, représenté monté sur des goujons ou des rivets 77 sur la paroi laté- rale du pote Pour assuror sa résistance mécanique et sa stabilité, le déflecteur 76 est muni de gor- ges ou de nervures circuférentielles comme indiqué en 78.
Sur la figure 13, on voit en 76a un déflec- tour muni de deux nervures 78a L'anneau 76 peut être d'une seule pièce ou fractionné en: plusieurs parties qui se chevauchent. S'il y a licu, en par- ticulier dans des brûleurs de grande dimension, on peut prévoir du moins doux nervures de refeonement cojnveno-convexes 78. Dans le iode de réalisation de la figure 5, les déflecteurs 75 et 76 sont au même niveau à titre d'indication de la grande variété de formes et do dispositions admissible pour les dé- flectoeurs ou écrans. Cependant, ces déflecteurs assurent la même fonction générale que ceux de la figure 1, à savoir qu'ils s'interposent partielle- mant ou largement entre 1a flamme et le combustible contenu dans la rigole 36 et dans la cavité 38, auquel ils "cachent" la zone de combustion.
Ainsi, la combustible liquide est vaporisé moins par la chaleur rayonnante que par conduction de chaleur vers le bas par la paroi latérale du pot ou par la structure du diffuseur d'air. Cela ne veut pas dire qu'aucune chaleur rayonnante ne peut atteindre di- recternt le combustible liquide. Mais c' est un avantage appréiable de pouvoir limiter, sinon
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d'empêcher, l'action de la chaleur rayonnante sur le combustible liquide pour éviter son cracking.
La figure 10 représente une structure de pot légèrement différente, dans laquelle un manchon extérieur 100 définit, avec sa paroi inférieure ou fond 101, un espace dans lequel est disposé un dé- flecteur intermédiaire de forme générale cylindri- que 102. Le pot du brûleur indiqua par la référence générale 103 est espace ijntérieuremetn du déflec- teur 102 et comporte un conduit d'air central 104.
Etant donné que les détails des structures du pot, du conduit 104 et du diffuseur ont été représentés, par exemple eux figures 3, 4 et 5, ils ne seront pas décrits à nouveau à propos de la figure 10, étant bien entendu que le pot 103 et le conduit 104 sont de préférence munis d'entrées d'air et de moyens de diffusion d'air, du type général décrit à propos de la figure 5. La paroi latérale ou enve- loppe 100 est perforée de manière à recevoir une conduite 105. Un ensemble comportant un moteur et un ventilateur, non représenta, dirige l'air vers l'intérieur contre l'une des faces du déflecteur cylindrique 102.
L'air se déplace de haut en bas dans les directions des flèches autour du défloc teur 102 et il s'écoule finalement de bas en haut à travers l'orifice central d'entrée d'air 107 du déflecteur inférieur 106. Une partie de cet air s'écoule directement (le bas en haut dans le conduit 104 du diffuseur, et le reste s'écoule de bas en haut autour du pot 103. Tout impact direct contre le
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fond du pot est empêché par le déflecteur intermé- diaire transversal 110 pourvu d'une . ouverture cen trale 111.
Etant donné que le déflecteur 110 se termine, à son bord extérieur, légèrement à l'int- rieur du déflecteur cylindrique 102, l'air peut ainsi s'écouler vers le haut autour du bord exté rieur du déflecteur 110, puis à travers l'ouverture centrale 111 de celui-ci.
Si on le désire, on peut prévoir des supports radiaux 112 entre la plaque de fond 101 et le déflecteur horizontal 106, Ainsi, à la l'ivre 10, l' air, au lieu d'être dirigé vers le haut par le ventilateur le long de 1'ae du pot, est dirigélatéralement, mais il est d'vié de tcllo manière qu'il ne produit aucun échauffement local de la paroi latérale du pot ni du fond de celui-ci et, par conséquent, aucune différenciation de pres- si.on antre l'air dirigé vers le haut autour de la paroi latérale 103 du pot et celui qui se dirige vers le haut à travers le conduit 104 du diffuseur.
comme représenté clairement à la figure 10, le dé- flectour horizontal 110 est disposé à une certaine distance au-dessous du fond du pot, et l'air souf- lfé par le ventilateur ne produit pas Un refroidis- sement du fond du pot suffisant pour provoquer une stagnation ou empêcher une vaporisation convenable et uniforme du combustible liquide. Des moyens ap- propriés tels qu'une nervure circonférentielle 110a sont prévus pour empêcher tout échappement d'air entre la d'fflemcteur et le fond du pot.
On comprendra qu'on peut apporter des
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modifications diverses aux dimensions, à la forme, au nombre et à la disposition des organes. Bien que plusieurs modes de réalisation de l'invention capa- bles d fonctionner correctement, aient été décrits et représentés, on comprendra également que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemple représentés schématiquemet Par exemple, les détails de l'ad- mission tnt de l'air primaire que de l'air secon- daire, peuvent varier dans une laree mesure ainsi que la forme du pot ou son mode de construction.
Ainsi, la figure 11 montre une variante de construc- tion du bord supérieur du pot. On a vu, par exemple à la figure 5, que la paroi latérale 32 du pot se temine par une lèvre supérieure circonférentielle 32a et qu'un élément compléentire distinct 44, par exemple en métal résistant à la chaleur, peut être fixé à la paroi latérale du pot 32 légèrement au-dessous de la lèvre 32a. A la figure 11, au con- traire, la paroi latérale 132 du pot est repoussée extérieurement, comme indiqué en 133, et injtérieu- rement comme indiqué en 134.
Elle se termine par une partie cylindrique 135 et une bride extérieure 136. Une bague indiquée par la référence générais 137, est enaée contre l'épaulement continu 133a formé sur la paroi latérale du pot Cette bague présente un manchon supérieur- 37a en fce des ori- fices d'entrée d'air 133b. Ainsi, de l'air est diri- gé de bas en hut vers la partie repoussée extérieu- rement 134. La paroi supérieure de la nervure inté rioure 134 est munie d'une série d'orifices d'entrée
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d'air secondaire 134a.
La bague 137 comporte, en outre, uns partie inférieure 137b avec un rebord intérieur 137c sur lequel un anneau déflecteur ap- proprié 137d peut être monté.
Dans le pot de la figure 13, la forme du fond est seniblement la mène. que celle du pot de la fi- gure 5. Le fond comprend, par exemple, la partie bombée 200 dont la fonrg définit une rigolo circon- férentielle 201 qui comporte une cavité locale 202 alignée avec le raccord d'entrée de combustibles 203. Un conduit distributeur d'air 205 s'étend vers le haut à partir du centre de la partie bombée 200.
Pour envoyer l'air d'morcage vers le bas en direc- tion de la cavité ou dépression 202, il est prévu un élément directeur 206, en tôle, disposé devant une ouverture 207 prévue dans la paroi latérale du pot, ot soudé, comme indique en 308k à la surface intérieure de cette paroi. Par ailleurs, au lieu des goujons ou rivets 77 de la figure 5, on repousse de préférence lorsqu'on roule la tôle destinée à former la paroi latérale du pot, une nervure circon- férentielle intérieure 209.
On a également constaté qu'il était avantageux d'utiliser un élément supé- rieur de pot 210 muni d'ouvertures convenables pour 1'acmissin d'air secondaire, comme indiqué en 211, cet élément supérieur pouvant être roulé, de façon à l'agrafer sur leprolongement supérieur 212 de la paroi latérale du pot (figure 13).
Dans le mode de réalisation des figures 13 à 15 inclus, l'ensemble du diffuseur d'air est monté de
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façon anovible sur le tube 205; il comporte une pa- roi extérieure de forme générale cylindrique, 220, qui peut être roulée, de façon à être agrafée à un élément de fond 221 ot une cloison 222 On remar- quern que le rebord inférieur extérieur 221a du fond 221 est repoussé et fixé entre uns nervure 220± et un rebord inférieur 220b Le rebord eté rieur 222 de la cloison 222 est maintenu entre les nervures 220c et 220d de la paroi latérale 220 La structure est complétée par un fond ou couvercle supérieur perforé 223 qui peut 3tre également re poussé et agrafé dans la posi tion de fermetue ;
- présentée sur la figure 14. D'une manière analogue, le déflecteur 224 peut être repoussé dans la forge circonférentielle 20e de la paroi 220. L'esnble du diffuseur est ainsi maintenu solidement assem- blé et peut être monté et démonté comme un tout, par rapport au conduit d'air 305. Les perforations du pot de la figure 15 et du diffuseur peuvent être du même type général que sur la figure 5. Toutefois, il est préférable de prévoir une série de petites ouvertures 224 dans le fond supérieur 223, qui diri- gent l'air directeirent vers le haut. On comprendra que les détails de la perforation peuvent varier dans une large mesure.
Dans cette structure, comme dans celle de la figure 5, la cloison 222 laisse passer de l'air à hute pression dansla chambre d'insufflation XX comprise entre les parois 222 et 223 L'air est admis à travers la cloison 222 par les perforations 222b dans l'espace sutué à 1'inté
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rieur de la paroi 320 et autour du coriduit d'air 205 dans des conditions propres à maintenir l'air dans la structure du diffuseur ainsi formée, à une pression, largement inférieure à celle de l'air in- troduit dasn le combustible liquide vaporisé par les orifices d'entrée d'air primaire et secondaire de la paroi latérale du pot.
Cette disposition est importante au point de vue de l'entretien de peti- tes pointes de flament chauffantes largement répar- ties concis décrit crécédmment la fiugr 15 représente une autre variante de conformation du bord supérieur du pot. la paroi la- térale 232 du pot est repoussée intérieuemt comme indiqué en 233, et repoussée extérieurement une première fois, comme indiqué en 234 et une se-
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- -, ,, conde fois, COIT-3 indiqué on 235. Près du bord su- psrieur 232a, la paroi7 opoussée extérieurement comme indiqué en 236. Une bride en cornière 237 est fixée à la partie supérieure 232a par exemple par soudure, pour permettre le montage du pot dans la paroi extérieure: du brûleur.
Une bague 238 prend appui sur 1'épalument 234a et correspond au prolon- gemet supérieur 212 de la figure 13.
Le dispositif de l'invention fonctionne comme suit :
Lorsqu'on brûle des hydrocarbures liquides et, en particulier, des mélanges catalytiques de tels combustibles, on risque toujours, notamment, dans les brûleurs du type à pot, de craquer le combusti- ble et de produire du carbone libre qui finit par
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encrasser le brûleur, ce qui le rend inutilisable ou tout au moins crée des difficultés d'entretien et de nettoyage. La construction et le procédé per- fectionnés décrits, permettent la combustion d'hy drocarbures liquides en éliminant pratiquement le cracking.
Si l'on considère, par exemple, la struc- ture de pot de la figure 5, on voit que le combus- tible liquide est admis dans l rigole 36 qui s'é- tend ircnférentillement autour du fond du pot, suffisamment près de 1a paroi latérale 32 du pot et de sa cavité ou dépression 33 pour que la cha- leur de la combustion qui s'effectue à la partie supérieure du pot ou u-dessus de cette partie, soit fincalemtn transmise au bord extérieur du fond du pot où elle intervient efficacement dans la va- posiatio du combustible liquide.
La structure du diffuseur axial conduit également de la chaleur jusqu'à la rigole Dans les brûleurs du type décrit, le combustible est vaporisé, en fonctionnement nor- mal du pot, sous l'effet do la combustion qui a lieu dans la partie supérieure du pot ou au-dessus de cette partie. Si l'on considère le pot de la figure 5, ou le pot de la figure 3, en fonctionne- ment à plein régime, l'air est débité à une pression unit orne, tout d'abord de bas en haut auteur de la paroi latérale du pot, puis toujours de bas en haut dans leconduit 35 du diffuseur d'air. L'air pémé trant dans le pot à travers les orifices 42 et 43 constitue ce qu'on appelle couramment l'air primaire.
11 se mélange au combustible vaporisé sous l'effet
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de la combustion qui s'effectue au-dessus at pro- duit un mélange plus ou moins homogène d'air et d'hydrocarbure vaporisé. Cependant, les organes sont proportionnés de telle manière que la quantité d'air admise à travers les orifices d'entrée d'air primaire, est insuffisante pour fournir un mélange entièrement combustible. Ce mélange dit "riche" s'élève dans le pot et, lorsqu'il passe au-dessus des déflecteurs 75 et 76, il atteint le niveau où il reçoit de l'air secondaire en quantité importan- te.
Les détails de l'admission de l'air secondaire en soi, peuvent varier dans une larce mesure, mais l'air secondaire peut être par exemple admis à tra- vers les orifices 47 ou 47a de la figure 5, et in- troduit dans le mélange riche en quantité suffi- sante, et à une pression également suffisante, pour assurer un mélange sensiblement homogène d'air et d'hydrocarbure vaporisé dans lequel la proportion d'air est suffisante pour entretenir une combustion totale, Dans la structure de la figure 5, le mélan- ge final complet brûle au niveau de la lèvre 32a, ou légèrement au-dessus de celle-ci. De l'air addi- tionnel peut encore être introduit dans le mélange final ou./dans la flamme, par exemple à travers les ouvertures du couvercle 53, pour assurer la combus- tion de la totalité du combustible.
Dans la mise en oeuvre de ce procédé de combus- tion; en particulier avec certains combustibles mo- derns, le problème de la suppression du cracking est difficile à résoudre. Dans le cadre de l'inven-
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tion il s'est avéré avantageux de protéger le com-
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bu,>-.n:le liquide dans une large mesure, on même :.rai¯.aent entièreaent contre l'action du rayon- men iirect du combustible en combustion. Cette
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pro-a--.!-on peut être assurée par l'ensemble des écra -ni déflecteurs représentés aux figures 1, 3 et 8 Ces déflecteurs empêchent le combustible iqide de "voir" la combustion en cours. Cependant, pour assurer la vaporisation du liquide, il est
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nfc 2'E.sre .,e disposer d'une chaleur convenable.
Un= =w=aine quantité d0 chaleur est fournie par COú#-on vers le bas à travers la paroi du pot et à @ la structure du diffuseur d'air. Tou- tefois jette chaleur pourrait s'avérer insurfi- sante =1 on laissait l'air soufflé par le ventila-
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teur 1%.ier le fond du pot et on évacuer de la cha- leur. ==t jntraicesent de chaleur à partir du fond du par Tendrait à provoquer une stagnation ou accu- @ de combustible liquide et perturberait de
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façon -z-r6ci-bic le fonctionnement du brûleur. On a co*zà5 qu'un enserble convenable de déflecteur agit t :;ç:;::- empêcher l'air soufflé par le ventilateur de 1é directe#nt le fond du pot en évacuant une ç.==-G> de sa c#.leur.
Une première solution, appi-1----- au cas d'un ventilateur disposé axiale- rent, -=T r3présentéa par la figure 3: elle corrporte ion d'un déflecteur cylindrique circonfé-
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retil 5, d'une T-art, et du système de déflecteurs ou éc---¯:. 70 ct 72, d'autre part; elle assure un écoul3=': d'air cC7ec.ble à une pression
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sensiblement uniforme, vers le haut, autour de la proi latérale du pot, puis, dans le conduit du diffusour d'ir, tout en empochant de soustraire de la chaleur au fond du pot. Une autre solution, qui convient au cas d'un ventilateur disposé laté- ralement est représentée par la figure 10.
Dan les doux cas, une alimentation on air est assurée tant pour l'extérieur que pour l'intérieur du pot, à une pression uniforme et sans les pertes calori- fiques que provoquerait un léchage direct du fond du pot par de l'air animé d'une grande vitesse.
Un-? phase importante du procédé de combustion suivant l'invention est l'échauffement du mélange ascendant. Cet échauffement, conne pré édement mentionné, est obtenu par l'utilisation d'un diffu- seur d'air agencé de manière à maintenir des flam- mes ponctuelles sur une aire largement étalée. Ces flammes ponctuelles sont entretenues, comme repré- sentées schématiquemnt par la figure 12, par in- jection d'air à pression relativement faible à travers les ouvertures 50 de la paroi du diffuseur.
En pratique, ces jets d'air à basse pression recueil- lent le mélange riche et le convertissent, mais d'une d'une façon exclusivement locale, en mélange entiè- rement combustible, Chacun de ces jets d'air à basse pression, coma indiqué en B,à la figure 12, entraîne une certaine fraction du mélange riche hors de l'espace localisé C, La basse pression à laquelle cet air est injecté fournit des zones iso- lées et largement réparties de combustion localisée.
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La paroi 48 du diffuseur couverte de ces flammes ponctuelles largement réparties constitue un moyen de chauffageefficace du mélange riche ascendant et exerce même, en fait une action catalytique.
D'autre part, les jets d'air à haute pression et grande vitesse, injectés à travers les orifices d'entrée d'air primaire 42 et 43 produisent une simple addition d'air enrichissant le mélange sans déterminer de combustion localisée. de mélange ri- che est chauffé à mesure qu'il s'élève, par les jets générateurs de flammes ponctuelles pré édem ment mentionnés. La chaleur accélère les transfor- nations chimiques indiquées par ailleurs. Le méan ge ne brûle pas entièrement tant qu'il na' pas reçu suffisamment d'air secondaire, par exemple à tra- vers les ouvertures 47, pour être converti en mé- lano plus dilué et entièrement combustible.
On a constaté également que, dans la mise en oeuvre du procédé de combustion décrit ici, il est
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ex-::re1o.:cnt avantageux d'orienter la rangée la plus inférieure des jets d'air, comme indiqué en 42 à la figure 5, légèrement vers le bas, c'est-à-dire vers le fond du pot. Les orifices d'entrée d'air correspondants peuvent aussi être légèrement obli- ques par rapport à la direction radiale, de façon que les jets provoquent une rotation ou un mouve cent en hélice du mélange. Dans une certaine mesure, on peutobtenir le mène effet en provoquant un mu vement en hélice de l'air à l'intérieur de l'espace entouré par le manchon extérieur 30.
Toutefois, il
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est commode et avantageux de déformer localement la paroi latérale du pot de façon que les jets 42 soient orientés obliquement par rapport à la direc- tion radiale.
Un autre avantage de la structure suivant l'invention, est de réduire au minimum la quantité de combustible restant dans la fond, en noyant le brûleur on cas d'extinction inopinée de la flemme. la présence de la partie bombée vers le haut du fend du pot, et l'emplacement du raccord d'entrée 37 .ligné avedc 1a cavité 38 du fond, assure que, si 1'.combustion cesse, seule neut pénétrer dans le pot une quantité de combustible liquide suffi- pour remplir la rigole 36 à un niveau relati- vement bas. Les dispositifs de commande couramment utilisés, agissent pour interrompre l'arrivée du combustible lorsque le niveau de celui-ci atteint l'extrémité supérieure de la tubulure d'entrée du combustible.
Un autre avantage de la structure décrite est d'éviter toute difficulté relative au courant d'air descendant et d'empêcher les remous qui tendent à provoquer une combustion médiocre et la formation de carbone libre. La structure du diffuseur d'air du dispositif suivant l'invention, comprenant par exemple, les déflecteurs s'étendant vers l'exté- rieur, isole l'espace central du pot et empèche po- sitivement tout courant d'air descendant axial ou sensiblement axial. La combustion locale qui a lieu sur la surface extérieure du manchon 48 du diffuseur,
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facilite également le mouvement ascendant du mélan ge.
Les produits de cette combustion limitée ten- dent à s'élever en entraînant avec eux le mélange imbrûlé Le léger courant d'air ascendant le long du diffuseur, s'oppose aux faibles courants tourbil- lonnaires qui se produisent le long de la face in- férioure des jets d'air secondaire, ce qui empoche tout écoulement vers le bas et la formation de car- bone libre. Ainsi, le diffuseur d'air ou propagateur de flamme facilite l'action du pot de plusieurs ma nières différentes..
Il est à noter que, lors de la rotation rapide d'air dans un cylindre, la force centrifuge oblige l'air à se tasser contre la paroi extérieure tandis qu'au centre il subit peu de mouvement et sa pres- sion est faible. Or., dans le procédé et avec le dispositif suivant l'invention:, la rangée la plus inférieure d'orifices d'arrivée d'air primaire 42, provoque une rotation rapide du mélange dans la partie inférieure du pot.
D'où l'importance d'ap- pliquer l'air à une pression uniforme tant autour du pot et à l'extérieur do celui-ci que vers le haut et à l'intérieur, ce résultat étant obtenu au moyen des ensembles d'écrans ou déflecteurs décrits à propos dos figures 3 et 10. Bien entendu, la cons- truction et la disposition: de ces écrans peuvent varier dans une large mesure.
Un autre avantage de la structure de brûleur représentée par exemple par la figure 6, consiste en ce qu'elle produit une flamme de dimension
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verticale relativement faible. En pratique, cette dimension est inférieure de 25 à 30 cm à celle des flammes du brûleur du type à pot existant de même dimension ou de même capacité. Cette particularité est très importante, en pratique, étant donné qu'- elle pormet au constructeur d'appareil do chauffage ou de fourneau, de réaliser ces appareils avec un espace vertical libre, sensiblement plus faible.
Dans la passé, la hauteur des flammes constituait un facteur de limitation critique, par exemple dans les fours à solo, étant donné que, bien enten- du, il est généralement difficile, en pratique, d'utiliser des structures chauffantes ou des four- neaux dans lesquels 1a flemme frappe uniformément la paroi supérieure du fourneau. 1a réduction de la hauteur de la flamme donne au constructeur une lativtuded considérable et lui permet de construire des appareils de chauffage ou des fourneaux qui peuvent être logés dans des espaces plus restreints, en particulier en ce qui concerne l'encombrement vertical. Cet avantage est extrêmement important, notamment dans les fours à solo.
Pour résumer, le combustible liquide est in- troduit dans une rigole circonférentielle, de pré- férende adjacents à la paroi latérale du pot. Le combustible ext largement vaporisé grâce à la con- duction de chaleur de combustion vers le bas à tre,- vers la paroi latérale du pot, ou à travers la structure du diffuseur.
Tout cracking est empoché par les écrans ou déflecteurs qui empêchent
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l'hydrocarbure liquide de "voir" la flammeCotte perte de chaleur rayonnante qui serait autrement disponible pour la vaporisation est compensée par une protection effective du fond du pot contre l'effet direct de l'air on mouvement ra pide. Le mélange riche formé par l'addition d'air à l'hydro- carbure vaporisé est chauffé à mesure qu'il s'élève dans le pot et en même temps, les courants d'air et les tourbillons descendants sont évités.
Le mé- lange riche est converti tout d'abord en un alcool puis, en aldéhyde, en s'élevant dans le pot, et il reçoit finale 1'air secondaire approprié assu- rant sa combustion totale Ces transformations chi- miques sont ccéléres par la chaleur du diffuseur qui :::. pratiquement un effet catalytique.