FR2729743A1 - Combustion head for gas burner with forced air - Google Patents
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Abstract
Description
TETE DE COMBUSTION, EN PARTICULIER POUR
BRULEUR A AIR SOUFFLE, ET BRULEUR EQUIPE D'UNE
TELLE TETE
L'invention est relative à une tête de combustion du genre de celles qui comprennent
- un tube extérieur ayant une partie d'extrémité convergente;
- un déflecteur monté dans ladite partie d'extrémité pour la stabilisation de la flamme
- des ailettes situées à l'intérieur du tube, en particulier au niveau de sa partie d'extrémité convergente, pour guider le déflecteur;
- et un dispositif d'injection de combustible au niveau de la partie d'extrémité convergente.COMBUSTION HEAD, ESPECIALLY FOR
BURNER WITH AIR SUPPLY, AND BURNER PROVIDED WITH A
Such head
The invention relates to a combustion head of the kind which includes
- an outer tube having a converging end portion;
- a deflector mounted in said end part for stabilizing the flame
- fins located inside the tube, in particular at its converging end part, to guide the deflector;
- And a fuel injection device at the converging end part.
L'invention concerne plus particulièrement une tête de combustion pour brûleur à air soufflé, notamment pour brûleur à gaz. The invention relates more particularly to a combustion head for a forced air burner, in particular for a gas burner.
Une tête de combustion de ce genre est connue par le brevet
FR-B-2 641 057 de la société demanderesse. Généralement, le dispositif d'injection de combustible gazeux est agencé pour assurer une injection suivant une direction transversale par rapport à l'axe du tube, de manière à favoriser le mélange aircombustible.A combustion head of this kind is known from the patent
FR-B-2 641 057 of the applicant company. Generally, the gaseous fuel injection device is arranged to provide injection in a transverse direction relative to the axis of the tube, so as to promote the air-fuel mixture.
Les têtes de combustion connues à ce jour fonctionnent de manière satisfaisante mais les exigences visant à limiter la pollution induite par les produits de combustion deviennent de plus en plus sévères. En particulier, il est souhaitable de réduire le mieux possible le niveau d'émission d'oxydes d'azote (NOx). The combustion heads known to date function satisfactorily, but the requirements aimed at limiting the pollution induced by the combustion products are becoming more and more stringent. In particular, it is desirable to reduce the emission level of nitrogen oxides (NOx) as much as possible.
L'invention a pour but, surtout, de fournir une tête de combustion qui, tout en restant d'une construction relativement simple et économique, permet de réduire à un faible niveau l'émission d'oxydes d'azote. The invention aims, above all, to provide a combustion head which, while remaining of a relatively simple and economical construction, makes it possible to reduce the emission of nitrogen oxides to a low level.
Selon l'invention, une tête de combustion du genre défini précédemment est caractérisée par le fait qu'elle comporte, à l'intérieur du tube et en amont du déflecteur, un dispositif de mise en prérotation de l'air de combustion. According to the invention, a combustion head of the kind defined above is characterized in that it comprises, inside the tube and upstream of the deflector, a device for pre-rotation of the combustion air.
Grâce à cette solution, la vitesse intrinsèque de l'air de combustion est augmentée, ainsi que les turbulences créées, ce qui diminue le temps de séjour des produits de combustion dans les parties chaudes de la flamme et diminue la formation d'oxyde d'azote (NO) thermique. With this solution, the intrinsic speed of the combustion air is increased, as well as the turbulence created, which decreases the residence time of the combustion products in the hot parts of the flame and reduces the formation of oxide of thermal nitrogen (NO).
De préférence, le dispositif de mise en prérotation est situé en amont des ailettes. Preferably, the pre-rotation device is located upstream of the fins.
Ce dispositif de mise en prérotation peut comprendre une bague mise en place à l'intérieur du tube de la tête de combustion, ladite bague comportant des moyens de guidage propres à imprimer un mouvement de rotation à l'air de combustion. Selon une première variante, cette bague peut être en appui contre la surface interne du tube. Selon une seconde variante, cette bague peut être portée par le dispositif d'injection de combustible.Le dispositif d'injection de combustible peut comporter une pluralité de tubes d'injection de combustible, par exemple six, régulièrement répartis autour de l'axe de la tête, chaque tube d'injection étant ouvert transversalement à son extrémité voisine du déflecteur et radialement en amont du déflecteur pour la sortie du combustible ; dans ce cas, pour la seconde variante de réalisation susmentionnée, la bague est en appui contre la surface externe des tubes d'injection de combustible. This pre-rotation device may comprise a ring placed inside the tube of the combustion head, said ring comprising guide means capable of imparting a rotational movement to the combustion air. According to a first variant, this ring can be in abutment against the internal surface of the tube. According to a second variant, this ring can be worn by the fuel injection device. The fuel injection device can comprise a plurality of fuel injection tubes, for example six, regularly distributed around the axis of the head, each injection tube being open transversely at its end adjacent to the deflector and radially upstream of the deflector for the outlet of the fuel; in this case, for the second embodiment variant mentioned above, the ring is in abutment against the external surface of the fuel injection tubes.
Les moyens de guidage de ladite bague sont avantageusement constitués par des éléments en saillie radiale par rapport à la bague ; de préférence, les éléments en saillie radiale sont inclinés d'un même angle par rapport à l'axe du tube et répartis régulièrement suivant le contour de la bague. Ces éléments en saillie peuvent être constitués par des languettes, de forme générale rectangulaire, attenantes à la bague par un grand côté et rabattues en partie radialement, vers l'intérieur ou vers l'extérieur de la bague selon qu'il s'agit respectivement de la première ou de la seconde variante susmentionnée, de manière à faire saillie dans le passage d'air. The means for guiding said ring advantageously consist of elements projecting radially with respect to the ring; preferably, the radially projecting elements are inclined at the same angle relative to the axis of the tube and distributed regularly along the contour of the ring. These projecting elements may be constituted by tongues, of generally rectangular shape, adjoining the ring by a long side and folded down partially radially, towards the inside or towards the outside of the ring depending on whether they are respectively of the first or second variant mentioned above, so as to protrude into the air passage.
L'invention est également relative à un brûleur à air soufflé, en particulier un brûleur à gaz, équipé d'une tête de combustion telle que définie précédemment. The invention also relates to a supply air burner, in particular a gas burner, equipped with a combustion head as defined above.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos de deux exemples de réalisation décrits en se référant au dessin ci-annexé, mais qui ne sont nullement limitatifs. The invention consists, apart from the arrangements set out above, of a certain number of other arrangements which will be more explicitly discussed below in connection with two embodiments described with reference to the attached drawing, but which are in no way limiting.
Sur ce dessin
- la figure 1 montre, en coupe longitudinale axiale avec parties en extérieur et arrachées, une tête de combustion selon la première variante de l'invention
- la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 pour la seconde variante de l'invention.On this drawing
- Figure 1 shows, in axial longitudinal section with parts outside and cut away, a combustion head according to the first variant of the invention
- Figure 2 is a view similar to that of Figure 1 for the second variant of the invention.
En se référant à la figure 1, on peut voir une tête de combustion 1, pour brûleur à gaz à air soufflé, comprenant un tube extérieur 2 ayant une partie d'extrémité 3 convergente. Le tube 2, à son extrémité opposée à la partie 3, est reçu dans une embase 4. Un déflecteur 5 est monté dans ladite partie d'extrémité 3 pour la stabilisation de la flamme. Ce déflecteur 5 peut comporter des fentes ou lumières, non visibles sur le dessin, pour le passage des gaz. En outre, le bord périphérique du déflecteur 5 est écarté de la surface interne de la partie 3 de sorte qu'un espace annulaire 6 subsiste pour le passage des gaz et de l'air autour du déflecteur 5. Des ailettes 7, orientées radialement, sont situées à l'intérieur du tube 2, en étant régulièrement réparties angulairement. L'arête interne 8 de chaque ailette 7 est parallèle à l'axe du tube 2.Le bord radial extérieur de chaque ailette 7 épouse la surface interne du tube 2 et de la partie d'extrémité 3. Referring to FIG. 1, one can see a combustion head 1, for a blast gas burner, comprising an outer tube 2 having a converging end portion 3. The tube 2, at its end opposite to the part 3, is received in a base 4. A deflector 5 is mounted in said end part 3 for stabilizing the flame. This deflector 5 may include slots or lights, not visible in the drawing, for the passage of gases. In addition, the peripheral edge of the deflector 5 is spaced from the internal surface of the part 3 so that an annular space 6 remains for the passage of gases and air around the deflector 5. The fins 7, oriented radially, are located inside the tube 2, being regularly distributed angularly. The internal edge 8 of each fin 7 is parallel to the axis of the tube 2. The external radial edge of each fin 7 follows the internal surface of the tube 2 and of the end part 3.
Le déflecteur 5 est guidé par les arêtes internes 8 des ailettes 7.The deflector 5 is guided by the internal edges 8 of the fins 7.
Un dispositif 9 d'injection de combustible est prévu au niveau de la partie d'extrémité convergente 3, en amont du déflecteur 5. Ce dispositif d'injection 9 comprend une tubulure coudée 10 d'arrivée de gaz, présentant une branche 10a orthogonale à l'axe A du tube 2, pour raccordement à la conduite d'arrivée de gaz, et une branche 10b coaxiale à l'axe A. Sur la branche 10b est montée l'embase 11 du dispositif d'injection 9 comportant, par exemple, six tubes d'injection 12, écartés
radialement de l'axe A, et régulièrement répartis angulairement autour de cet axe. L'axe d'un tube 12 est décalé angulairement par rapport au plan radial d'une ailette 7 d'un angle compris entre 5 et 20 pour faciliter l'homogénéisation du mélange air/gaz.Les tubes d'injection 12 sont ouverts transversalement à leur extrémité 13 voisine du déflecteur 5, légèrement en amont de ce déflecteur. Chaque tube 12 comporte des ouvertures radiales 14, dirigées vers l'extérieur et des ouvertures radiales 15 dirigées vers l'intérieur, pour la sortie du combustible gazeux.A fuel injection device 9 is provided at the converging end part 3, upstream of the deflector 5. This injection device 9 comprises a bent gas inlet pipe 10, having a branch 10a orthogonal to the axis A of the tube 2, for connection to the gas inlet pipe, and a branch 10b coaxial with the axis A. On the branch 10b is mounted the base 11 of the injection device 9 comprising, for example , six injection tubes 12, apart
radially from axis A, and regularly distributed angularly around this axis. The axis of a tube 12 is angularly offset from the radial plane of a fin 7 by an angle between 5 and 20 to facilitate the homogenization of the air / gas mixture. The injection tubes 12 are opened transversely at their end 13 adjacent to the deflector 5, slightly upstream of this deflector. Each tube 12 has radial openings 14, directed outwards and radial openings 15 directed inwards, for the outlet of the gaseous fuel.
L'air comburant, par exemple soufflé par un ventilateur d'amenée d'air, circule dans la tête de combustion suivant la direction des flèches F et rencontre sensiblement à angle droit le combustible gazeux qui sort radialement par les orifices 14 et 15. The combustion air, for example blown by an air supply fan, circulates in the combustion head in the direction of the arrows F and meets substantially at right angles to the gaseous fuel which exits radially through the orifices 14 and 15.
Ceci est favorable à la création de turbulences et au mélange air comburant/ combustible. Les turbulences créées sont schématisées par les flèches incurvées T partant du passage annulaire 6.This is favorable to the creation of turbulence and to the combustion air / fuel mixture. The turbulence created is shown diagrammatically by the curved arrows T starting from the annular passage 6.
La tête de combustion comporte, à l'intérieur du tube 2, en amont du déflecteur 5 et en amont des ailettes 7, un dispositif 16 de mise en prérotation de l'air de combustion. The combustion head comprises, inside the tube 2, upstream of the deflector 5 and upstream of the fins 7, a device 16 for pre-rotation of the combustion air.
Le dispositif de mise en prérotation 16 comprend une bague cylindrique 17 en appui contre la surface interne du tube 2. La bague 17 comporte des moyens de guidage 18 propres à imprimer un mouvement de rotation à l'air de combustion. La bague 17 est située légèrement en aval de la naissance des tubes d'injection 12. The pre-rotation device 16 comprises a cylindrical ring 17 bearing against the internal surface of the tube 2. The ring 17 includes guide means 18 capable of imparting a rotational movement to the combustion air. The ring 17 is located slightly downstream of the birth of the injection tubes 12.
Les moyens de guidage 18 de la bague 17 sont constitués par des éléments 19 en saillie radiale vers l'intérieur de la bague 17, inclinés d'un même angle B par rapport à l'axe A du tube 2, et répartis régulièrement suivant le contour de la bague. Les éléments en saillie 19 sont avantageusement constitués par des languettes de forme générale rectangulaire, attenantes à la bague 17 par un grand côté 20 et rabattues en partie vers l'intérieur de la bague 17 de manière à faire saillie dans le passage d'air. The guide means 18 of the ring 17 are constituted by elements 19 projecting radially towards the inside of the ring 17, inclined at the same angle B relative to the axis A of the tube 2, and distributed regularly along the ring outline. The protruding elements 19 are advantageously constituted by tongues of generally rectangular shape, adjoining the ring 17 by a long side 20 and folded down partially towards the inside of the ring 17 so as to protrude into the air passage.
Les languettes 19 communiquent à l'écoulement d'air une composante périphérique p laquelle, combinée avec la composante longitudinale 1, donne un vecteur vitesse V, pour l'écoulement d'air, incliné par rapport à l'axe A. The tongues 19 communicate to the air flow a peripheral component p which, combined with the longitudinal component 1, gives a speed vector V, for the air flow, inclined relative to the axis A.
L'air de combustion est ainsi mis en prérotation, ce qui permet d'augmenter la vitesse de l'air de combustion dans la flamme. The combustion air is thus pre-rotated, which makes it possible to increase the speed of the combustion air in the flame.
Sur la figure 1, on a schématisé trois zones I, II, nI correspondant à trois phases de fonctionnement successives. La phase I, au niveau de la bague 17, correspond à la mise en prérotation de l'air comburant, avec augmentation de la vitesse absolue de cet air comburant par cette mise en prérotation. In FIG. 1, three zones I, II, nI have been shown diagrammatically corresponding to three successive operating phases. Phase I, at the level of the ring 17, corresponds to the pre-rotation of the combustion air, with increase in the absolute speed of this combustion air by this pre-rotation.
La phase II, au niveau des ailettes 7, entre la bague 17 et le déflecteur 5, correspond à l'homogénéisation du mélange air/gaz. Phase II, at the fins 7, between the ring 17 and the deflector 5, corresponds to the homogenization of the air / gas mixture.
La phase III se produit immédiatement en aval du déflecteur 5 et correspond à une recirculation des gaz de combustion. Phase III occurs immediately downstream of the deflector 5 and corresponds to a recirculation of the combustion gases.
Ces trois phases de fonctionnement successives permettent d'obtenir la réduction du taux de NOx. These three successive operating phases make it possible to obtain the reduction in the NOx rate.
L'augmentation de la vitesse intrinsèque de l'air de combustion, avec augmentation des turbulences, diminue le temps de séjour des produits de combustion dans les parties chaudes de la flamme et diminue la formation d'oxyde d'azote (NO) thermique. The increase in the intrinsic speed of the combustion air, with increased turbulence, decreases the residence time of the combustion products in the hot parts of the flame and reduces the formation of thermal nitrogen oxide (NO).
La forme convergente 3 de l'embout est choisie pour optimiser le recyclage naturel des produits de combustion situés dans le foyer. Ce recyclage permet d'abaisser la température de flamme par un mécanisme de dilution. The convergent shape 3 of the nozzle is chosen to optimize the natural recycling of the combustion products located in the hearth. This recycling allows the flame temperature to be lowered by a dilution mechanism.
L'abaissement de la température de flamme diminue également la formation de NO thermique. Lowering the flame temperature also decreases the formation of thermal NO.
Sur la figure 2, on a représenté une tête de combustion selon la seconde variante de l'invention et l'on a utilisé, pour désigner les éléments correspondant à la réalisation de la figure 1, les mêmes numéros de référence affectés de l'indice a. La tête de combustion la ne sera donc pas à nouveau décrite en détail et on se limitera à la description de la partie qui est modifiée par rapport à la réalisation de la figure 1. In FIG. 2, a combustion head has been represented according to the second variant of the invention and, to designate the elements corresponding to the embodiment of FIG. 1, the same reference numbers assigned to the index have been used at. The combustion head 1a will therefore not be described again in detail and we will be limited to the description of the part which is modified with respect to the embodiment of FIG. 1.
La modification porte sur la réalisation du dispositif de mise en prérotation 16a. Ce dispositif comprend une bague cylindrique
17a qui est en appui contre les surfaces externes des six tubes d'injection de combustible 12a et qui est donc portée par le dispositif d'injection de combustible. La bague 17â est représentée sur la figure 2 en vue extérieure pour la partie inférieure de la figure, au-dessous du trait d'arrachement, la partie supérieure étant représentée en coupe axiale. La bague 17a comporte des moyens de guidage 18a propres à imprimer un mouvement de rotation à l'air de combustion. La bague 17 est située légèrement en aval de la naissance des tubes d'injection 12a.The modification relates to the production of the pre-rotation device 16a. This device includes a cylindrical ring
17a which is in abutment against the external surfaces of the six fuel injection tubes 12a and which is therefore carried by the fuel injection device. The ring 17â is shown in Figure 2 in external view for the lower part of the figure, below the tear line, the upper part being shown in axial section. The ring 17a includes guide means 18a capable of imparting a rotational movement to the combustion air. The ring 17 is located slightly downstream of the birth of the injection tubes 12a.
Les moyens de guidage 18a de la bague 17a sont constitués par des éléments 19a en saillie radiale vers l'extérieur de la bague 17a, inclinés d'un même angle par rapport à l'axe du tube 2 et répartis régulièrement suivant le contour de la bague 17a. Les éléments en saillie 19a sont avantageusement constitués par des languettes de forme générale rectangulaire, attenantes à la bague 17a par un grand côté 20a et orientées vers l'extérieur de la bague 17a de manière à faire saillie dans le passage d'air. The guide means 18a of the ring 17a are constituted by elements 19a projecting radially towards the outside of the ring 17a, inclined at the same angle relative to the axis of the tube 2 and distributed regularly along the contour of the ring 17a. The projecting elements 19a are advantageously constituted by tongues of generally rectangular shape, adjoining the ring 17a by a large side 20a and oriented towards the outside of the ring 17a so as to project into the air passage.
Les languettes 19a communiquent à l'écoulement d'air une composante périphérique "pa", laquelle, combinée avec la composante longitudinale "la", donne, pour l'écoulement d'air, un vecteur vitesse Va incliné par rapport à l'axe du tube 2a. Comme dans le premier mode de réalisation, l'air de combustion est ainsi mis en prérotation, ce qui permet d'augmenter la vitesse de l'air de combustion dans la flamme. Toutes les autres caractéristiques de la tête de combustion représentée sur la figure 2, étant les mêmes que celles de la figure 1, ne seront pas décrites en détail. The tongues 19a communicate to the air flow a peripheral component "pa", which, combined with the longitudinal component "la", gives, for the air flow, a speed vector Va inclined relative to the axis of tube 2a. As in the first embodiment, the combustion air is thus pre-rotated, which makes it possible to increase the speed of the combustion air in the flame. All the other characteristics of the combustion head shown in FIG. 2, being the same as those in FIG. 1, will not be described in detail.
Claims (11)
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| FR9500752A FR2729743B1 (en) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | COMBUSTION HEAD, PARTICULARLY FOR A BLOW AIR BURNER, AND BURNER PROVIDED WITH SUCH A HEAD |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20060929 |