Brevet FR2063980A1 — publié le 19710716

t 2063980 Dans bien des applications pratiques on doit réaliser le chauffage d'une paroi par le moyen d'un gaz combustible. La paroi peut 'être, par exemple, celle d'une enceinte renfermant de l'eau ou autres liquides ou fluides dont on désire élever la température. Ce 5 peut être encore une paroi réfractaire telle que celle d'un four. La solution classique utilisée cop.siste à prévoir un brûleur à gaz avec admission d'air primaire dont on dirige la flamme contre la paroi. Les brûleurs du genre en question sont bien connus.dans la. technique. On sait que moyennant admission d'une quantité suffisante d'air pri-10 maire, ils assurent une combustion pratiquement complète du gaz, de sorte qu'il ne se forme pas de dépôts goudronneux sur la paroi froide à chauffer et que les gaz évacués de l'appareil intéressé ne renferment que, du CO^et de la vapeur d'eau, à l'exclusion de toute proportion sensible de CO ou autres composés incomplètement oxydés. 15 Ces brûleurs présentent toutefois l'inconvénient d'une certaine instabilité dès qu'on augmente la proportion d'air primaire. Il arrive notamment que la flamme rentre à l'intérieur du diffuseur, ce qui nuit évidemment au fonctionnement. En outre l'ensemble du brûleur est de grandes dimensions, ce qui augmente l'encombrement et élève 20 simultanément le prix de revient. "Finfin il est assez difficile' en pratique d'obtenir que la flamme s'aplatisse suffisamment pour se localiser au contact de la paroi à chauffer et pour réaliser ainsi les conditions optimales de transfert dé chaleur. La présente invention vise à permettre de chauffer par un gaz 25 combustible une paroi, telle par exemple que le fond d'un récipient renfermant de l'eau, sans qu'il soit besoin de prévoir à cet effet un brûleur à admission d'air primaire et sans cependant qu'on se heurte aux inconvénients bien connus d'une combustion incomplètes L'invention vise en outre à réaliser un tel chauffage dans -des 30 conditions telles que la combustion du gaz se produise uniquement au contact de la paroi c'est-à-dire dans les meilleures conditions de transfert de chaleur. ï Conformément à l'invention l'on projette le gaz combustible- contre la paroi sous la forme d'un jet à grande vitesse, peu divergent, 35 de manière que la flamme se localise dans une mince nappe gazeuse qui s'écarte radialement du point d'impact de l'axe du jet en léchant la paroi à chauffer. - L'expérience montre en effet que si l'on projette un jet de gaz contre une paroi avec une vitesse suffisante et qu'on enflamme le 40 gaz au contact de la paroi, la flamme obtenue se maintient dans une 69 35960 2 2063980 zone annulairè entourant *le point d'impact de l'axe du jet, à une distance radiale bien déterminée de celui-ci» On remarqué en outre que dans son trajet entre l'orifice de sortie du gaz et-la paroi, ce jet entraîne avec lui une proportion importante d'air ambiant de -sor-5 te que la flamme obtenue correspond en pratiqué-â un'phénomène de combustion substantiellement complet, comme dans le cas d'un brûleur à admission d'air primaire. On relève :eiïéore que l'épaisseur de la couche annulaire enflammée est*assez faible, c'est-à-dire que la flamme se présente én tous points sous la forme d'une pellicule à 10 haute température qui lèche la paroi à chauffer. Bien entendu la distance maximale que' le jet peut parcourir entre son orifice de sortie et la paroi sans risque que la' flamme ne remonte en direction dudit orifice, varie en fonction de la vitesse du jet sur toute sa longueur, c'est-à-dire de la densité du gaz, de 15 la pression en amont de l'orifice de sortie, et de l'angle de divergence que cet orifice permet de réaliser. Il suffit qu'au voisinage de la paroi les molécules gazeuses soient encore animées d'une vitesse de déplacement supérieure à la vitesse de propagation de la flamme elle-même» Si à partir de l'écartement maximal pour lequel la 20 flamme annulaire entoure le point d'impact de l'axe du jet avec un diamètre intérieur minimal, on rapproche l'orifice de sortie de la paroi, on observe que le diamètre intérieur de cette flamme annulaire va en augmentant. En d'autres termes la pellicule gazeuse étalée contre la paroi tend finalement à se diviser en trois zones, savoir 25 une zone centrale qui reçoit les molécules gazeuses du jet, une première zone annulaire dans laquelle la vitesse radiale du gaz est supérieure à celle de propagation de la flamme, et enfin une troisième ,zone dans laquelle cette.flamme peut s'établir et se stabiliser au fpontact de la paroi. C'est évidemment cette troisième zone qui est 30rfseule intéressante pour réaliser le chauffage désiré. jj Bien entendu pour allumer correctement le gaz combustible, il faut lui présenter une flamme d'allumage dans la zone où sa propre , flamme annulaire va se stabiliser. Dans le cas d'une veilleuse pilote icela implique que la flamme de celle-ci se situe au voisinage immé-35Sdiat de la paroi et à une distance suffisante du point d'impact de JL'axe du jet pour se trouver dans la zone où la flamme principale se localise en fonctionnement normal. Il est encore à remarquer qu'un dispositif établi conformément à l'invention ne peut fonctionner sous pression réduite, car la vites-40 se du jet deviendrait insuffisante et la flamme aurait donc tendance 69 35960 3 2063980 à remonter vers l'orifice.de sortie de celui-ci. Dans ces conditions le réglage du chauffage doit s*effectuer par tout ou rien, ce qui ne comporte, pas d'inconvénient dans la majorité des applications pratiques. t -.;; 5 Le dessin annexé., donné à titre d'exemple, permettra de mieux -. comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente etles avantages qu'elle est susceptible de procurer : _ Fig. t est une coupe schématique destinée à exposer le . fonctionnement d'un dispositif de chauffage de paroi comportant ap-10 plication de 1* invention.: -Fig. 2 est une vue en plan par dessous de la paroi elle-même avec indication des diverses zones d'écoulement du gaz contre celle-ci. . • - •. - _ • . Fig. 3 est une coupe verticale générale schématique d'un 15 chauffe-eau comportant application de l'invention. . Fig. 4 en est une coupe horizontale suivant IV-IY (fig. 3)« Fig. 5 est une coupe horizontale de détail d'un angle du chauffe-eau. - - En fig..1 on a représenté en 1 une paroi qu'on désire chauffer. 20 Cette paroi peut, par exemple, être celle d'une enceinte renfermant de l'eau ou un autre fluide dont on veut élever la température» La paroi 1 peut affecter toute orientation désirée. Dans un grand nombre d'applications pratiques elle constitue le fond du récipient et est par conséquent substantiellement, horizontale, mais .cela n'a rien 25 d'obligatoire et pour mieux fixer les idées on a supposé en fig» 1 qu'elle était .inclinée à 45° environ. • . En face de. la paroi 1 et à une certaine distance de celle-ci on a disposé une buse 2 alimentée par un gaz combustible sous.pression. Cette buse donne: -passage à- un jet. 3, relativement peu divergent et 30 animé d'une grande vitesse. Le jet 3 vient frapper la paroi 1 à peu près perpendiculairement, le point d'impact de son axe ayant été indiqué en A> Après avoir ainsi été. arrêté par la paroi 1, le gaz s'étale radialement sur celle-ci dans toutes les directions. Si l'on enflamme ce gaz au voisinage de la paroi 1 et à une certaine distance 35 du point A, on observe la formation d'une flamme annulaire 4 (qu'on a indiquée par des hâchures en fig. 1 et 2). Cette flamme comporte un rayon intérieur R bien délimité et qui, si la pression d'alimentation est suffisante, est supérieur au rayon r qui correspond à la zone de la paroi 1 directement frappée par le jet 3 (zone d'impact). On re-40 marque de plus que la flamme 4 correspond à une combustion substan 69 35960 2063980 tiellement complète (flamme bleue) et que son épaisseur est relativement faible. Oes phénomènes s'expliquent aisément : le jet 3 entraîne avec lui une proportion d'air importante 5 dans l'espace compris entre la buse 2 et la paroi 1 « l'air ainsi entraîné se mélange au gaz de sorte que ce qui arrive à la paroi 1, ce n'est plus du gaz combustible pur, mais bien un mélange gazeux qui s'étale contre la paroi sous la forme d'une mince pellicule. Dans la zone de rayon R la vitesse du mélange est supérieure à la vitesse 10 de propagation de la flamme, de sorte que celle-ci ne recule pas dans ladite zone et conserve de façon stable la forme annulaire représentée. Fig. 3 à 5 montrent à titre d'exemple un chauffe-eau comportant application de la présente invention. Oe chauffe-eau comprend une 15 cuve rectangulaire fermée 5 disposée à l'intérieur d'une enveloppe 6 dont la paroi interne est revêtue d'une couche calorifuge constituée par un carton d'amiante ondulé 7 serré entre l'enveloppe 6 et une feuille mince 8 en aluminium poli collée contre les sommets des ondulations. Un espace 9 est ménagé entre la cuve 5 et la feuille 8. La 20 cuve est fixée à l'enveloppe par le moyen de barres 10 soudées à sa face arrière, chacune étant solidaire de tiges 11 convenablement é-paulées pour former entretoises ; ces tiges se prolongent pour recevoir une ferrure transversale 12 fixée par le moyen de vis 13 et de rondelles d*écartement 14. 25 La cuve 1 est alimentée en eau froide par un tube 15 qui plonge à son intérieur pour déboucher en 15a au voisinage de son fond, tandis que l'eau chaude est prélevée par un second tube 16 qui part du .haut de la cuve. La paroi supérieure de l'enveloppe comprend une jcheminée d'évacuation 17. 30 "• Le chauffage est assuré par une buse de sortie de gaz 18 alimentée sous une pression suffisante pour réaliser le fonctionnement ex-sposé en référence en fig, 1 et 2. Le réglage est assuré par un mécanisme de thermostat 19 à déclenchement brusque et qui fonctionne -ainsi en tout ou.rien, tandis qu'il est prévu une veilleuse 20 dont 35 la flamme se situe au voisinage immédiat du fond de la cuve, à une .distance suffisante de l'axe de la buse 18. On aperçoit en 21 le bouton usuel propre à permettre l'allumage et le maintien de la flamme de la veilleuse avant que cette flamme n'ait suffisamment chauffé le .thermocouple usuel de sécurité 22. 40 La flamme annulaire suivant fig. 1 et 2 s'établit ainsi au con É>9 35*560 5 2063980 tact immédiat du fond de la. cuve 1 en assurant le chauffage de l'eau dans des conditions optimales de transfert de chaleur, de stabilité et de simplicité de l'appareillage» Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède 5 n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement ■le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents0 69 35960 6 2063980 REVENDICATIONS 1- Procédé pour réaliser le chauffage d'une paroi par le moyen d'un gaz combustible, caractérisé en ce qu'on projette le gaz contre 5 la paroi sous la forme d'un jet à grande vitesse, peu divergent, de manière que la flamme se localise dans une mince nappe gazeuse qui s'écarte radialement du point d'impact de l'axe du jet en léchant la paroi à chauffer. 2- Procédé suivant la revendication 1, applicable à un disposi- 10 tif de chauffage comportant une veilleuse, caractérisé en ce que la flamme de celle-ci est située au voisinage immédiat de la paroi et à une distance suffisante du point d'impact de l'axe du jet pour se trouver dans la zone où la flamme principale se localise en fonctionnement normal. 15 3- Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on assure le réglage de la flamme principale par tout ou rien. 4- Chauffe-eau comportant application du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve renfermant l'eau à chauffer, des moyens pour amener 20 de l'eau froide dans la partie inférieure de cette cuve, des moyens pour prélever l'eau chaude à partir de la partie supérieure de celle-ci, une buse de sortie de gaz située à une distance appropriée de la paroi inférieure de la cuve et orientée vers celle-ci, une veilleuse dont la flamme se trouve au voisinage immédiat de la paroi précitée, 25 mais à une certaine distance de l'axe de la buse, et un régulateur thermosensible influencé par la température de l'eau, ce régulateur agissant par fermeture et ouverture brusques de l'arrivée du gaz à la buse. 5- Chauffe-eau suivant la revendication 4» caractérisé en ce 30 que la cuve est entourée par une enveloppe calorifugée qui ménage autour d'elle un espace de passage des gaz brûlés, cette enveloppe comportant dans sa partie haute une ouverture d'évacuation de ses gaz.