Brevet FR2135673A1 — publié le 19721222

' ' La présente invention concerne des "brûleurs à gaz, et plus particulièrement un brûleur produisant une flamme de grande intensité» Toutes les formes de brûleurs à gaz exigent qu'une 5 certaine quantité minimum d'air soit mélangée avec le gaz, de sorte que celui-ci puisse être complètement brûlé. les formes de brûleurs connus ont des dispositions pour que tout ou une partie de cet air soit mélangé avec le gaz avant le point de combustion. Dans les cas où. on peut employer 10 un ralenti ou une flamme de faible intensité, c'est-à-dire où. le volume de la flamme est grand par rapport au débit de chaleur, il est usuel de n'avoir qu'une partie de l'ai?nécessaire mélangé avec le gaz avant la combustion, le reste de l'air étant entraîné par la flamme. Ces brûleurs emploient un in.-jecteur de 15 gaz à travers lequel le gaz s'écoule dans un tube de mélange, la force du flux de gaz entraînant l'air dans le tube. Dans les cas où il faut une flamme serrée ou de grande intensité,-c'estè-dire quand le volume de ïa flamme est petit par rapport au débit d© „chaleur, il est usuel que tout l'air nécessaire 20 soit préalablement mélangé avec le gaz et dans ce but, il faut des systèmes relativement chers de mesure et de mélange de l'air ét du gaa. Un problème important avec les brûleurs où tout ou partie de l'air est mélangé avec le gaz avant la combustion, 25 est qu'il existe un mélange de gaz inflammable en amont de la partie du brûleur sur laquelle la flamme brûle, à savoir l'orifice de la flamme. En conséquence, on a pris des précautions en projetant celle—ci pour assurer qu'il n'y ait pas de retour de flamme, c'est-à-dire quand l'avant de la flamme pénètre dans 30 l'orifice de la flamme et que le mélange de gaz et d'air brûle dans le brûleur. Cette circonstance conduit à la surchauffe, à la destruction définitive du brûleur et au risque d'incendie. Une nouvelle catégorie d'appareils domestiques surgit couramment, principalement pour des buts de chauffage 35 central, en insistant sur la compacité. ïïn ventilateur a été incorporé dans l'appareil, dans le but d'accélérer la décharge des produits de la combustion en permettant la miniaturisation des terminaisons de gaz de fumée. Etant donné que la ventilation a aussi la capacité de souffler ou d'aspirer l'air à 40 travers l'appareil, il a été proposé de l'employer pour vaincre BAD ORIGINAL 72 16422 2.- 2135673 la résistance inhérente à la conception compacte de 1'échangeur de chaleur et pour produire une alimentation de gaz et d'air préalablement mélangés à l'orifice de la flamme du brûleur en fournissant une flamme de grande intensité qui permet, en même 5 temps la miniaturisation optima de l'appareil. Suivant la présente invention, un bec de gaz comprend un distributeur d'air façonné avec plusieurs orifices adaptés pour avoir de l'air forcé à travers celui-ci et des moyens d'injection d'air disposés par rapport au distributeur, 10 de telle sorte qu'en cours d'emploi, le gaz passe à travers et se mélange avec l'air qui a également passé à travers en produisant un mélange inflammable adapté pour être brûlé immédiatement en aval des orifices. Le distributeur peut être de la forme d'une 15 plaque qui peut être plate ou façonnée en forme cônique, cylindrique ou autre pour répondre à l'application. Commodément, le brûleur peut incorporer un ventilateur pour souffler ou aspirer l'air de combustion à travers les orifices. 20 Le moyen d'injection du gaz peut avoir la forme d'une rampe ou de rampes à gaz contenant un certain nombre d'ouvertures de sortie du gaz à travers lesquelles le gaz sort pour se répandre uniformément sur la surface aval du distributeur. L'air s'écoulant par les orifices se mélange avec l'écou-25 lement de gaz à travers la surface aval du distributeur, en produisant un mélange inflammable,aux limites des orifices, qui brûle près de la surface, chaque orifice formant un orifice de flamme. Le rapport d'air et de gaz et son montant peuvent 30 être modifiés en faisant varier 1'écou'-ôment d'air à travers le système et/ou la disposition des orifices, et en faisant varier le diamètre et la disposition des ouvertures de gaz et/ou la pression du gaz. On peut faire varier à la fois le débit de chaleur et l'intensité de la flamme pour répondre à 35 l'application particulière et tous les gaz combustibles généralement employés peuvent être brûlés de cette manière. Les orifices peuvent avoir la forme de trous ou de fentes et on peut faire varier le modèle. conformément à la forme du brûleur et à la distribution de la flamme ou du 40 dégagement de chaleur voulue. Pour obtenir le mélange optimum BAD ORIGINAL 72 16422 3«- 2135673 de combustible et d'air, chaque segment ou section du modèle peut avoir son propre orifice individuel d'injecteur de gaz. Des dégagements de chaleur jusqu'à 7,7 grande calorie par cm2 de la surface du brûleur peuvent être réalisés à des niveaux 5 de bruit acceptables pour les normes des appareils domestiques. Cela coïncide avec des vitesses d1 écoulement d'air allant jusqu|à 75 m à la .minute. La turbulence de la flamme et le bruit augmentant avec l'augmentation de la vitesse de l'air et si le bruit n'est pas important un dégagement de chaleur con-10 sidérablement plus élevé peut être réalisé. Des considérations de projet d'échangeurs de chaleur usuels déterminent des écoulements d'air totaux entre 100 io et 200 % de la nécessité stoechtométrique pour le gaz combustible particulier utilisé avec me gamme préférée d'environ 140 % à 15 190 io. Compte tenu de ces valeurs et pour produire les flammes les plus compactes,, il faut assurer que la diffusion du gaz dans les colonnes d'air, ait lieu au tout premier stade. Avec des diamètres de trous et des longeurs de fentes supérieurs à 1,5 mm, la diffusion est lente, même à de faibles vitesses de 20 l'air .et les flammes éclatent avec une extinction résultante et une combustion médiocre. La dispersion uniforme du gaz sur la surface aval du distributeur est réalisée en employant une multiplicité d'ouvertures d'injection de gaz disposées pour injecter du gaz 25 combustible dans les régions à basse pression sur la surface du distributeur entre les modèles d'orifices successifs et est fonction de la force du courant du gaz ou de la pression de l'injecteur et de l'effet d'entraînement des colonnes d'air voisines. Le degré, de dispersion pouvant être obtenu et l'es-30pacement maximum conséquent entre les rampes à gaz voisines, est régi par la pression maximum d'injection qui peut £tre employée sans se priver des orifices les plus proches du fait de la vitesse excessive du courant du gaz et de l'effet d'entraînement maximum produit pstr les grandes vitesses de l'air. Eh' se 35 référant à la considération d'appareils domestiques, des dispersions .d'environ 80 mm sont possibles à partir"d'une rampe unique.. On peut employer des ranpes successives et avec un écoulement, de gaz.inverse et opposé, ils peuvent être espacés .jusqu'à 150 mm entre centres .où. on emploie des pressions d'injec-40 tion jusqurà 128 mm par exemple. 72 16422 4— 2155673 Pour un fonctionnement optimum, la disposition spatiale des orifices doit être telle que le courant de gaz, dans le sens de l'injection suive sans interruption un trajet à basse pression jusqu'à l'orifice le plus éloigné.La disper-5 sion est favorisée si la densité de l'écoulement d'air augmente avec la distance à l'injecteur. Cela peut être réalisé en ayant un modèle de fentes ou de trous convergent loin de l'injecteur ou dans le cas de rangées parallèles de fentes ou de trous en modifiant en conséquence, la distribution de -la vitesse de 10 1'air. La diffusion du gaz, perpendiculairement au sens de l'écoulement dans les colonnes d'air devient inefficace à des distances supérieures à 7,6 mm. A des distances très inférieures à 1,3 mm, la combustion devient médiocre du fait 15 de la turbulence et de l'extinction de la flamme. Quand on emploie de longues fentes comme orifices, les caractéristiques de l'écoulement de l'air peuvent être modifiées par l'insertion d'obstacles à travers le courant d'air sur le côté amont des orifices pour modifier le profil de la vitesse de l'air à 20 travers les fentes avec une augmentation résultante de la stabilité de la flamme quand le brûleur est utilisé avec des gaz à faible vitesse de flamme aux grandes vitesses de l'air. L'invention va maintenant être décrite plus en détail, à titre d'exemple, en se référant aux dessins ci-joints, 25 dans lesquels : - la figure 1 est une configuration sbhématique d'un appareil incorporant une forme de brûleur montrant la position de celui-ci par rapport à un ventilateur et à un échangeur de chaleur$ 30 _ la figure 2 est une coupe transversale de la rampe à gaz et de la plaque' de distributeur d'air pour le brûleur de la figure 1 montrant la position des ouvertures de sortie du gaz par rapport à la! plaque, en même temps que les dispositions possibles de stabilisateurs de flammey 35 _ la figure 3 est une vue en plan de cette forme de brûleur, montrant le modèle des orifices dans la plaque et la distribution des ouvertures de sortie du gaz dans la rampe; - la figures 4 ét 5 représentent des formes de brûleurs en varianteoù le distributeur d'air a la forme d'un 40 cylindre ; 72 16422 5 — 2135673 - la figure 6 représente un brûleur plan rectangulaire ; - la figure 7 est une coupe du brûleur représenté dans la figure 6 ; 5 - la figure 8 représente une élévation de profil en coupe partielle d'une autre forme de brûleur. - la figure 10 est une élévation de profil en coupe partielle d'un brûleur multiple incorporant un certain nombre de brûleurs du type général représenté dans les figures 10 8 et 9 ; - la figure 11 est une vue en plan du brûleur multiple représenté dans la figure 10. En se reportant à la figure- 1 le brûleur comprend d'une façon générale, un tuyau d'alimentation de gaz qui se 15 divise en deux ou plusieurs branches dont chacune s'ouvre dans une rampe, à gaz annulaire 3» la rampe 3 est munie d'un certain nombre d'ouvertures de sortie du gaz 4 qui s'étendent vers l'intérieur de celui-ci. En dessous du plan contenant les ouvertures 4 est disposé un distributeur d'air en forme d'une 20 plaque plate circulaire 5, munie d'un certain nombre de fentes 6 représentées dans la figure 3. la plaque et la rampe sont montées respectivement en dessous d'un échangeur de chaleur 7 et au-dessus d'un groupe de ventilation 8. En fonctionnement, de l'air est refoulé à travers les fentes 6 par le groupe de 25 ventilateurs, qui, éventuellement peut être disposé au-dessus des fentes pour aspirer l'air à travers celles-ci et se mélange avec le gaz s'écoulant à travers la face aval 5 en produisant un mélange inflammable sur cette face. Quand il est allumé, le mélange brûle près de la surface avec chaque fente 30 formant un orifice de flamme. Pour augmenter la stabilité de la flamme, des chicanes annulaires de stabilisation 9 (voir en particulier la figure 2) sont disposés sur le côté amont des fentes 6. La direction de 1'écoulement de l'air et des produits de combustion est indiquée respectivement par les flèches A et C« 35 Dans l'exemple représenté dans les figures 1 à 3, les ouvertures de sortie du gaz 4 sont placées entre 0,5 et 5 mm au-dessus de la surface de la plaque 5 et sont dirigéespour + s'écouler à travers la plaque sous un angle de - 5° par rapport à la surface. Les diamètres des ouvertures de sortie du gaz ne 40 peuvent pas être spécifiés avec précision parcequ'ils dépendent du 72 16^22 6" 2135673 dégageaient de chaleur général exigé , de la valeur calorifique du gaz combustible et de la pression du gaz. Dans l'exempxe particulier représenté, ils ont un diamètre de 2 mm /nais pourraient varier entre 0,25 .et 2,5 mm. 5 Comme représenté dans la figure 3, le distriouteur d'air à la forme d'un disque circulaire qui a 203 mm de diamètre avec des fentes 6 dirigées radialement dans la plaque à des intervalles de 5°. La rampe à gaz 3 est disposée circonféren-tiellement autour du disque, ses ouvertures de sortie du gaz 4 10 étant dirigées radialement vers l'intérieur à des intervalles de 5°, chaque ouverture étant placée centralement entre deux fentes convergeant radialement de 1 mm de large. Cette disposition permet à la distribution de l'air s'écoulant à travers la plaque, d'être conforme à la distribution du gaz à travers la 15 plaque en accord avec les principes discutés précédemment. Le distributeur d'air décrit ci-dessus, prend la forme d'un disque plat, mais suivant la forme de 1'échangeur de chaleur et la distribution du dégagement de chaleur exigée, on peut utiliser d'autres formes. Ainsi, le distributeur peut 20 avoir la forme d'un cône d'angle variable et on peut employer des modèles comprenant des surfaces courbes dans deux plans, par exemple de forme semi-sphérique• Dans la disposition représentée dans la figure 4, par exemple, le distributeur d'air a la forme d'un cylindre 10. 25 Ici l'écoulement d'air forcé est amené à se déplacer vers le haut dans le cylindre et ensuite vers l'extérieur à travers les fentes 11, comme représenté par les flèches A, par des plaques de chicane de déviation 12. L'air sortant des fentes 11 se mélange avec le gaz allumé vers le haut, le long de la 30 circonférence extérieure du cylindre par une rampe à gaz ayant des ouvertures 14. Comme représenté,- chacune de celles-ci dirige un courant de gaz suivant et entre une paire correspondante des fentes voisines 11. L'allumage de ce mélange inflammable produit la formation d'une flamme cylindrique près de la 35 surface extérieure du cylindre et sur cette surface, les produits de combustion s'échappant dans le sens des flèches C. Des chicanes annulaires de stabilisation 12a sont disposées à travers le côté amont du cylindre pour favoriser la stabilité de la flamme. 40 La figure 5 représente -une modification de la dispo- BAD ORIGINAL 72 16422 2135673 sition du distributeur d'air cylindrique représenté dans la figure 4. Ici l'écoulement d'air forcé est amené à se déplacer verticalement vers le haut le long des parois extérieures du cylindre 10 et ensuite vers l'intérieur dans le cylindre à 5 ' travers les fentes 11, comme représenté par les flèches A, par les plaques de chicane de déviation 15. Dans ce cas l'air sortant des fentes 11 se mélange avec le gaz allumé vers le haut, le long de la circonférence intérieure du cylindre par une rampe à gaz 16 ayant des ouvertures 17. Comme représenté, 10 chacune de celles-ci dirige un courant de gaz suivant et. entre une paire correspondante de fentes voisines 11. l'allumage de ce mélange inflammable -produit la formation d'une flamme cylindrique à l'intérieur et près de la surface intérieure du cylindre, les produits de combustion s'échappant dans le sens 15 des flèches C. Des chicanes annulaires de stabilisation 12 b sont disposées à travers le côté amont du cylindre pour favoriser la stabilité de la flamme. les figures 6 et 7 représentent une autre variante dans laquelle le distributeur d'air a la forme d'une plaque 20 rectangulaire plate 18. Ici l'air est ref'Dulé . à travers les fentes 19 dans la plaque où il se mélange avec le gaz allumé à travers la face aval par une rampe à gaz 20 ayant des ouvertures à gaz 21 . On verra que chaque paire de fentes voisines converge loin d'une des ouvertures 21 correspondante, l'allu-25 mage du mélange inflammable produit une configuration de flamme plane rectangulaire près de la face aval de la plaque 18. Des chicanes de stabilisation 22 sont disposées à travers le côté amont de la plaque pour favoriser la stabilité de la flamme. Des versions plates étendues sont également possibles, 30 pourvu que la disposition des orifices et des rampes à gaz soit en accord avec les principes discutés précédemment. Dans la disposition représentée dans les figures 8 et 9, le distributeur 23 a encore la forme d'un cylindre. Ici, le distributeur est enfermé par un blindage environnant 35 24 qui a une forme telle que l'air passant à travers l'entrée 25 est dirigé à travers les fentes longitudinales 26 où il se mélange avec le gaz injecté dans le cylindre par line rampe à gaz 27. Celle-ci est munie d'une arrivée 28 et d'un certain nombre d'ouvertures de sortie 29 dont chacune est disposée 40 entre une paire correspondante de fentes voisines 26. 2135673 le courant d'air forcé est indiqué par les flèches A, tandis que les produits de combustion s'échappent dans le sens des flèches C. Les figures 10 et 11 représentent un brûleur multiple , comprenant un certain nombre de brûleurs du type général 5 représenté dans les figures 8 et 9. Les brûleurs individuels 30 sont groupés ensemble dans une formation en anneau (voir figure 11) et sont alimentés par des rampes à- gaz respectives 31, ayant des orifices de sortie 32; les rampes- étant alimentées par une tubulure commune '33 ayant une arrivée -34. L'air est 10 fourni aux distributeurs à travers une enveloppe environnante 35 ayant une entrée 36. Au lieu de façonner chaque blindage individuellement comme représenté dans les figures 8 et 9, on verra d'après les figures 10 et 11 que tous les blindages sont façonnés dans un flan de matière unique 38. 15 La disposition de tous les distributeurs est variable. Ils peuvent s'allumer verticalement vers le haut, vers le bas dans ion sens horizontal ou sous un angle quelconque entre eux. Dans les- exemples cités, les orifices d'air sont 20 dans le même plan que les flammes de diffusion du gaz. Cependant, dans certains cas particuliers quand on emploie les plus grandes densités d'orifices, il peut être avantageux d'avoir le plan des orifices d'air un peu plus haut que les plans d'écoulement d'air car, par ce moyen, la distance 25 minima entre les colonnes d'air pour laquelle la distribution du gaz est interrompue, peut être réduite. Dans tous les exemples précédents, le modèle des orifices d'air, la configuration de la sortie du gaz, la pression du gaz et-la zone libre totale présentent l'écoulement 30 de l'air sont choisies pour favoriser un mélange uniforme, et interne du gaz et de l'air pour assurer une combustion complète et fournir des orifices sur lesquels peuvent être formées des flammes de stabilisation mutuelle. Les paramètres discutés définissent des brûleurs 35 pour emploi dans des systèmes d'air forcé, ayant des surfaces perforées de forme variable avec des zones ouvertes comprises entre 10 $ et 35 'i'° de la surface totale," composés des modèles de trous et/ou de fentes coplanaires ou surélevés , les trous et/ou fentes individuels-ayant des diamètres et/ou des lar-40 geurs compris entre 0,4 mm et 1,5 mm avec ou sans chicanes de BAD ORIGINAL 72 16422 2135673 stabilisation, en même temps que des rampes à gaz simples ou multiples, disposées de façon appropriée sur la surface aval, en fournissant une multiplicité d'orifices de gaz de diamètre compris entre 0,25 et 2,5 mm, s'allumant dans des sens préférés 5 à travers la surface à partir d'une position de 0,5 à 5 mm au-dessus de cette surface et sous un angle de + 5° par rapport à la surface et fournissant sur tout l'orifice de gaz, des densités supérieures à 1/645 mm2 de la surface totale. On comprendra, d'après les exemples décrits ci-des-10 us, qu'on peut faire varier l'entrée de chaleur et l'intensité de la flamme pour répondre à l'application particulière et qu'on peut utiliser tous les gaz combustibles généralement employés. De plus, pour que le mélange d'air et de gaz ait lieu au point de combustion, c'est-à-dire en aval de l'orifice 15 de flamme, la possibilité de retour de flamme est éliminée. Bien entendu, l'invention .fo'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels . on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'in-20 vent ion. 72 16422 10— 2135673 flEYEHDICAIIONS 1°) Brûleur à gaz, caractérisé par un distributeur d'air façonné avec plusieurs orifices adaptés pour être traversés par de l'air forcé et par un moyen d'injection de gaz àis-5 posé par rapport au distributeur de façon qu'en cours d'emploi, le gaz passe à travers et se mélange avec l'air qui a passé à travers les orifices en produisant ainsi un mélange inflammable adapté pour être brûlé immédiatement en aval des orifices. 2°) Brûleur à gaz suivant la revendication 1, dans 10 lequel lemoyen d'injection de gaz à la forme d'une rampe ou de rampes à gaz contenant un certain nombre d'ouvertures de sortie de gaz à travers lesquelles le gaz jaillit pour se répandre uniformément sur la surface aval du distributeur. 3°) Brûleur à gaz suivant la revendication 2, dans 15 lequel les orifices sont disposés en un modèle prédéterminé, chaque ouverture de gaz étant adaptée pour diriger le gaa à travers une partie donnée du modèle. 4°) Brûleur à gaz suivant la revendication 3, dans lequel chaque ouverture de gaz est adaptée pour diriger le gaz 20 entre les orifices. 5°) Brûleur à gaz suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 4, dans lequel chaque orifice a la forme d'une fente ou d'une rainure. 6°) Brûleur à gaz suivant la revendication 5, 25 annexée à la revendication 4, dans lequel chaque ouverture de sortie de gaz est disposée entre une paire de fentes voisines. 7°) Brûleur à gaz suivant la revendication 6, dans lequel chaque paire de fentes converge loin de son ouverture de sortie de gaz correspondante. 30 8°) Brûleur à gaz suivant l'une quelconque des re vendications de 1 à 7, dans lequel des obstacles sont disposés sur le côté amont des orifices. 9°) Brûleur à gaz suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 8 et coirprenant un ventilateur pour 35 souffler ou aspirer l'air de combustion à travers les orifices. 10°) Brûleur à gaz suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 9, dans lequel le distributeur a la forme d'une plaque plate. 110} Brûleur à gaz suivant la revendication 10, 40 dans lequel la plaque est rectangulaire. BAD ORIGINAL 72 16422 " 2135673 12° ) Brûleur à gaz suivant la revendication 11, dans lequel les orifices sont constitués par un certain nombre de fentes transversales. 13°) Brûletir à gaz suivant la revendication 10, 5 dans lequel la plaque- est circulaire. ' 14°) Brûleur à gaz suivant la revendication 13, dans lequel les orifioes sont constitués par un certain nombre de fentes radiales.. - 15°) Brûleur à gaz suivant l'une quelconque des ' 10 revendications de 1 à 9, dans lequel la distribution a la forme d'un cylindre. , 16°) Brûleur à gaz-suivant la revendication 15; dans lequel les orifices sont costitués .par un certain nombre de fentes longitudinales. 15 17°) Brûleur à gaz suivant les revendications 15 ou 16, dans lequel le cylindre est entouré par un blindage dont la paroi latérale s'effile vers une extrémité de cylindre, de sorte que l'air est dirigé à travers le cylindre de l'extérieur vers l'intérieur. 20 18°) Brûleur multiple comprenant plusieurs brûleurs suivant la revendication 17. 19°) Brûleur multiple suivant la revendication 18, dans lequel les brûleurs sont disposés en ordre circulaire.