EP0953804A1 - Rampe de sortie de flammes pour brûleur à gaz atmosphérique et à prémélange - Google Patents
Rampe de sortie de flammes pour brûleur à gaz atmosphérique et à prémélange Download PDFInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/48—Nozzles
- F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
- F23D14/583—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration of elongated shape, e.g. slits
Definitions
- the invention relates to a gas burner atmospheric and premixed and concerns more particularly the distribution of the outlet orifices of flame on the burner rail.
- Gas burners in particular for bath heaters or boilers usually consist of two half-shells stamped lines delimiting the air-gas mixing chamber, the shells being assembled to form an orifice longitudinal, which is capped with a sheet metal grid provided a plurality of gas outlet ports.
- the ramps of burner thus produced are generally placed side by side side and parallel to form a unit capable of operate with different kinds of gas.
- a conventional embodiment of a burner ramp consists in piercing the flame outlet grid with a succession of orifices in the form of rectangular slots which are aligned close to one another.
- the length of the strip covered by the orifices defines the total length of the flame obtained.
- the surface covered by the flame obviously corresponds to the product of this total length by the width which is none other than the length of a slit.
- the flame is thus concentrated and the flame front is delimited by the perimeter of the slots thus aligned.
- the contact surface between the air and the flame corresponds to this perimeter, which limits the entry of cooling air; therefore the sheet metal parts adjacent to the slots are brought to high temperature and subjected to thermomechanical stresses; the production of No x linked to the flame temperature is therefore not negligible.
- the invention provides a new solution in the arrangement of the flame exit orifices, which allows an increase in the flame front at the same time as a reduction in its thickness, and which goes in the direction of improving stability. flame, better cooling, and reduced emission of No x .
- the subject of the invention is therefore an exit ramp from flames for atmospheric and premix gas burner comprising a sheet metal grid pierced with a succession of rectangular slots, ramp along which the slots are distributed on either side of the longitudinal axis of the grid and form a sinusoid extending over the entire length of the grid, which increases the length of the front of flames.
- the slots are spaced apart others by a constant distance along the axis of the wire rack.
- the slots are identical, each of them being offset from its immediate neighbor.
- Figure 1 a plan view of a burner rail.
- FIG 2 an enlarged plan view of the ramp slots as shown in Figure 1.
- Figures 3 and 4 plan views of a variant of burner rail respectively an overview and a view on a larger scale.
- FIGS 5 and 6 similar views of another burner rail variant.
- FIG. 1 a flame outlet grid formed of a strip 1 made of sheet metal from which are cut slots 2 which are distributed on either side of the longitudinal axis 3 of the grid, and arranged in lace.
- Figure 2 shows these slots 2 of general rectangular shape. The slots are identical and spaced from each other by a constant distance e along axis 3. On the other hand, perpendicular to this axis, each slot is offset from its neighbor immediate, with half a slot length l / 2. This half length l / 2 is preferable but not compulsory. Through example it could be variable between l / 5 and l / 0.5.
- the ends of the slots form thus a sinusoid on either side of axis 3 as it appears on the left side of Figure 1, this sinusoid extending over the entire length of the grid.
- the slots are sized to prevent returns from flame and peeling or blowing. Lag thus introduced between the slots, relative to a conventional alignment, increases the length of the front flame, since this corresponds to the sinusoid of slots.
- This developed perimeter can reach, or even exceed three times the length of the flame front by one traditional grid which makes it possible to obtain a rate high primary air. Similarly, the area covered by the flame is seriously increased, up to six times. Through against the thickness of the flame is reduced by 70%.
- the flame is thus "stretched" along a path sinusoidal having greater contact with the atmosphere surrounding which allows greater access to air secondary, promoting combustion as well as cooling.
- the fact that the flame is shorter allows to place the burner closer to the heat exchanger heat which increases its yield and makes it possible to obtain a more compact device.
- the products of hot combustion are cooled and vented over quickly. Also because there are more surfaces of contact between each slot and the metal part neighbor, the temperature distribution and the burner cooling are better. So we have a bearable heating of the metal constituting the outputs of flame. Since there are fewer constraints thermomechanical, the life of the burner is increased.
- the slots 2 are of different length. There are slots having a length L and slots shorter of length l, the latter being centered on axis 3. the longer slots are grouped by pair, alternating with the short ones and they are shifted alternately on either side of the axis. The ends of the slots staggered along the axis form also a sinusoid, but less regular than that of the figure 1.
- the burner arm made with an outlet grid of flame of this type consists of a shaped shell classic whose dimensions have been optimized for obtain a primary aeration rate close to the stoichiometry and a uniform distribution of the mixture air / gas outlet.
- the flames obtained have the main characteristic of being arranged in "lace" and thus offer the maximum of contact surface with surrounding air.
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Abstract
Les fentes (2) sont espacées les unes des autres d'une distance e constante selon l'axe longitudinal (3) de la grille de sortie de flammes. Elles sont réparties de part et d'autre de cet axe et forment une sinusoïde s'étendant sur toute la longueur de la grille, qui augmente la longueur du front de flammes. Application aux brûleurs de chauffe-bains ou chaudières à gaz. <IMAGE>
Description
L'invention se rapporte à un brûleur à gaz
atmosphérique et à prémélange et concerne plus
particulièrement la répartition des orifices de sortie de
flamme sur la rampe du brûleur.
Les brûleurs à gaz notamment pour chauffe-bains ou
chaudières sont habituellement constitués de deux demi-coquilles
embouties délimitant la chambre de mélange air-gaz,
les coquilles étant assemblées pour former un orifice
longitudinal, lequel est coiffé d'une grille en tôle munie
d'une pluralité d'orifices de sortie de gaz. Les rampes de
brûleur ainsi réalisées sont généralement placées côte à
côte et parallèlement pour former un ensemble capable de
fonctionner avec différentes sortes de gaz.
Un certain nombre de précautions doivent être prises
pour obtenir un fonctionnement correct. D'abord il faut
éviter le phénomène connu de prise de feu aux injecteurs
pour les gaz possédant une grande vitesse de propagation
de flamme, c'est-à-dire qu'il faut réduire les orifices de
sortie de flamme dans la rampe ; mais il y a une
augmentation de la vitesse de sortie du mélange gaz-air
primaire qui tend à produire le phénomène du décollement
et du soufflage quand le gaz utilisé possède une faible
vitesse de propagation de flammes. Ensuite il faut que
chaque rampe de brûleur soit bien aérée, c'est-à-dire que
la flamme du brûleur doit entraíner suffisamment d'air
secondaire pour avoir un développement normal sans risque
de décollement. Il est nécessaire enfin que
l'interallumage entre les rampes de brûleur voisines
s'effectue correctement pour que, même à faible débit de
gaz, l'ensemble des rampes s'allume sans difficultés.
Une réalisation classique de rampe de brûleur
consiste à percer la grille de sortie de flamme d'une
succession d'orifices en forme de fentes rectangulaires
qui sont alignées les unes près des autres. La longueur de
la bande couverte par les orifices délimite la longueur
totale de la flamme obtenue. La surface couverte par la
flamme correspond évidemment au produit de cette longueur
totale par la largeur qui n'est autre que la longueur
d'une fente. La flamme est ainsi concentrée et le front de
flamme est délimité par le périmètre des fentes ainsi
alignées. La surface de contact entre l'air et la flamme
correspond à ce périmètre, ce qui limite l'entrée d'air de
refroidissement ; de ce fait les parties de tôle voisines
des fentes sont portées à haute température et soumises à
des contraintes thermomécaniques ; la production de Nox
liée à la température de la flamme n'est donc pas
négligeable.
L'invention apporte une solution nouvelle dans
l'arrangement des orifices de sortie de flammes, qui
permet un accroissement du front de flamme en même temps
qu'une réduction de son épaisseur, et qui va dans le sens
d'une amélioration de la stabilité de la flamme, d'un
meilleur refroidissement, et d'une émission réduite de
Nox.
L'invention a donc pour objet une rampe de sortie de
flammes pour brûleur à gaz atmosphérique et à prémélange
comportant une grille en tôle percée d'une succession de
fentes rectangulaires, rampe selon laquelle les fentes
sont réparties de part et d'autre de l'axe longitudinal de
la grille et forment une sinusoïde s'étendant sur toute la
longueur de la grille, qui augmente la longueur du front
de flammes.
Avantageusement les fentes sont espacées les unes
des autres d'une distance constante selon l'axe de la
grille.
Selon une variante préférentielle de réalisation,
les fentes sont identiques, chacune d'entre elles étant
décalée par rapport à sa voisine immédiate.
D'autres variantes et d'autres avantages de
l'invention seront mieux perçus à la lecture de la
description suivante dans laquelle il est fait référence
aux dessins annexés qui représentent :
Figure 1, une vue en plan d'une rampe de brûleur.
Figure 2, une vue en plan à plus grande échelle des
fentes de la rampe selon la figure 1.
Figures 3 et 4 des vues en plan d'une variante de
rampe de brûleur respectivement une vue d'ensemble et une
vue à plus grande échelle.
Figures 5 et 6, des vues analogues d'une autre
variante de rampe de brûleur.
On voit à la figure 1 une grille de sortie de flamme
formée d'une bande 1 en tôle dans laquelle sont découpées
des fentes 2 qui sont réparties de part et d'autre de
l'axe longitudinal 3 de la grille, et disposées en
dentelle. La figure 2 fait apparaítre ces fentes 2 de
forme générale rectangulaire. Les fentes sont identiques
et espacées les unes des autres d'une distance e constante
selon l'axe 3. Par contre, perpendiculairement à cet axe,
chaque fente est décalée par rapport à sa voisine
immédiate, d'une demi-longueur de fente ℓ/2. Cette demi-longueur
ℓ/2 est préférentielle mais non obligatoire. Par
exemple elle pourrait être variable entre ℓ/5 et ℓ/0,5.
L'important est que les extrémités des fentes forment
ainsi une sinusoïde de part et d'autre de l'axe 3 comme
cela apparaít sur la partie gauche de la figure 1, cette
sinusoïde s'étendant sur toute la longueur de la grille.
Les fentes sont dimensionnées pour éviter les retours de
flamme et le décollement ou le soufflage. Le décalage
ainsi introduit entre les fentes, par rapport à un
alignement classique, augmente la longueur du front de
flamme, puisque celui-ci correspond à la sinusoïde des
fentes.
Ce périmètre développé peut atteindre, voire
dépasser trois fois la longueur du front de flamme d'une
grille traditionnelle ce qui permet d'obtenir un taux
d'air primaire élevé. De même la surface couverte par la
flamme est sérieusement augmentée, jusqu'à six fois. Par
contre l'épaisseur de la flamme est réduite de 70 %.
La flamme est ainsi "étirée" selon un cheminement
sinusoïdal ayant un plus grand contact avec l'atmosphère
environnante qui autorise un accès plus important à l'air
secondaire, favorisant la combustion ainsi que le
refroidissement. Le fait que la flamme soit plus courte
permet de placer le brûleur plus près de l'échangeur de
chaleur ce qui accroít son rendement et permet d'obtenir
un appareil plus compact. De même les produits de
combustion chauds sont refroidis et évacués plus
rapidement. Du fait aussi qu'il y a davantage de surfaces
de contact entre chaque fente et la partie métallique
voisine, la répartition de température et le
refroidissement du brûleur sont meilleurs. On a donc un
échauffement supportable du métal constitutif des sorties
de flamme. Puisqu'il y a moins de contraintes
thermomécaniques, la durée de vie du brûleur s'en trouve
augmentée.
Grâce à cette disposition, on obtient une stabilité
de flamme améliorée. Du fait de l'accroissement d'air
secondaire, il y a élimination du CO et réduction de
l'émission de Nox.
Dans la variante de réalisation illustrée aux
figures 3 et 4, les fentes 2 sont de longueur différentes.
On trouve des fentes ayant une longueur L et des fentes
plus courtes de longueur ℓ, ces dernières étant centrées
sur l'axe 3. les fentes plus longues sont groupées par
paire, en alternance avec les courtes et elles sont
décalées alternativement de part et d'autre de l'axe. Les
extrémités des fentes échelonnées le long de l'axe forment
aussi une sinusoïde, mais moins régulière que celle de la
figure 1.
On retrouve aussi les deux longueurs de fente dans
encore une autre variante de réalisation montrée aux
figures 5 et 6. Dans ce cas la plupart des fentes sont
décalées par rapport à l'axe 3 et l'échelonnement de leurs
extrémités est moins prononcé que dans le cas précédent.
Dans les deux cas les fentes gardent le même
espacement e.
Le bras de brûleur réalisé avec une grille de sortie
de flamme de ce type se compose d'une coquille de forme
classique dont les dimensions ont été optimisées pour
obtenir un taux d'aération primaire proche de la
stoechiométrie et une répartition uniforme du mélange
air/gaz en sortie. A puissance maximum, les flammes
obtenues ont la caractéristique principale d'être
disposées en "dentelle" et d'offrir ainsi le maximum de
surface de contact avec l'air environnant.
Claims (6)
- Rampe de sortie de flammes pour brûleur à gaz atmosphérique et à prémélange comportant une grille en tôle percée d'une succession de fentes rectangulaires caractérisée en ce que lesdites fentes (2) sont réparties de part et d'autre de l'axe longitudinal (3) de la grille et forment une sinusoïde s'étendant sur toute la longueur de la grille, qui augmente la longueur du front de flammes.
- Rampe de sortie de flammes selon la revendication 1 caractérisée en ce que les fentes sont espacées les unes des autres d'une distance e constante selon l'axe (3).
- Rampe de sortie de flammes selon la revendication 1 caractérisée en ce que les fentes (2) sont identiques, chacune d'entre elles étant décalée par rapport à sa voisine immédiate.
- Rampe de sortie de flammes selon la revendication 1 caractérisée en ce que les fentes (2) sont de longueur différentes, des fentes longues L étant décalés par rapport à l'axe (3), et des fentes courtes de longueur ℓ restant centrées sur l'axe (3).
- Rampe de sortie de flammes selon la revendication 4 caractérisée en ce que les fentes (2) plus longues sont décalées par paire par rapport à l'axe (3).
- Rampe de sortie de flammes selon la revendication 1 caractérisée en ce que les fentes (2) sont de longueur différentes et la plupart sont décalées par rapport à l'axe (3).
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