Brevet FR2136967A1 — publié le 19721229

La présente invention a pour objet un procédé de combustion permanente d'un gaz et un brûleur à gaz utilisant comme comburant l'air à la pression atmosphérique. Dans le cas des brûleurs qui utilisent comme comburant l'air atmosphérique à la pression normale, le problème essentiel à résoudre est celui du mélange comburantgaz combustible. Le gaz combustible est amené sous pression et il faut obtenir dans la zone où on veut provoquer la combustion, une répartition homogène de l'air de combustion. I1 faut de plus réguler le débit d'air. Le gaz combustible, par sa pression propre, a une trajectoire bien précise. Au contraire, l'air qui sert de comburant est soumis à des courants de convection provoqués par la température de la flamme. Jusqu'ici les brûleurs à air atmosphérique sont constitués grosso-modo de la façon indiquée sur la figure 1. Le brûleur A se présente comme une couronne pleine percée sur sa périphérie d'orifices tels que B, le gaz combustible arrivant par le conduit C. Sur le brûleur on a repré senté en ustensile culinaire D pour bien montrer les inconvévénients de ce type de brûleur. Dans la zone E, limitée par la paroi inférieure de l'ustensile D et les flammes F, on a un espace pratiquement clos d'où l'apport d'air par convection est presque exclu. Donc l'apport d'air aux flammes ne se fait que de l'extérieur, d'où la combustion moins rapide. Cela donne une flamme plus longue, plus molle, de moindre qualité. La turbulence dans cette zone est insuffisante. Un autre inconvénient est dû à la multiplicité des orifices tels que B. On a en effet un allumage de proche en proche. Autour des orifices B les plus éloignés du point d'allumage initial, on a une accumulation de gaz avant qu'à cet endroit le gaz n'ait atteint sa température d'inflammation. C'est le "boum" au moment du redémarrage de certains chauffebains ou chaudières correspondant à un mélange plus ou moins explosif. Ceci s'accompagne d'ailleurs, souvent, d'un refoulement de flamme. Même si la zone de combustion est plus importante que dans le cas cité précédemment, les orifices d'amenée du gaz ont des positions relatives différentes par rapport aux > ntl-e'es d'air, on a ainsi un excès d'air dans certaines zones de l'espace réservé à la combustion et un défaut dans d'autres. Cela entraîne une diminution de la température de combustion. La présente invention a précisément pour obJet un procédé de combustion permanente d'un gaz combustible dans de l'air à la pression atmosphérique et un brûleur atmosphérique qui pallient les inconvénients des réalisations antérieures. Ce procédé de combustion permanente d'un gaz combustible se caractérise en ce qu'une colonne d'air verticale est entourée sur toute sa péripherie par un Jet annulaire d'au moins une nappe de gaz combustible sous pression, ce jet convergeant en un point de l'axe de ladite colonne d'air, cette dernière étant essentiellement mise en mouvement par la dépression créée par la combustion du gaz combustible dans ladite colonne d'air et par l'effet de convergence du 7et de gaz. On voit donc que l'essentiel du procédé selon l'invention. réside dans la disposition en nappe conique ascendante du gaz combustible arrivant sous pression, ce qui délimite ainsi, selon l'axe de la colonne d'air, une véritable cheminée dans laquelle l'air comburant à la pression atmosphérique est aspiré et renouvelé automatiquement en permanence, sous le double effet de la dépression créée par la combustion et de l entrainement résultant du zet de gaz oblique. Cette disposition très particulière permet donc, sans recours à aucune pompe sur le circuit de comburant, d'entretenir une combustion de très bonne qualité où les gaz imbrulés sont pratiquement inexistants. La présente invention a également pour objet un brûleur atmosphérique utilisant le procédé ci-dessus. Ce brûleur atmosphérique se caractérise en ce qu'il comporte au moins un conduit axial vertical d'arrivée d'air à la pression atmosphérique, chaque conduit étant entouré par une chambre annulaire d'arrivée du gaz sous pression, la paroi de ladite chambre étant traversée par au moins une fente périphérique ayant même axe que le conduit axial, les lèvres tronconiques de la fente périphérique débouchant obliquement vers l'axe du conduit axial, et dans le sens de l'écoulement de-l'air. Le -bruleur selon l'invention peut donc être réalisé selon deux types différents. Dans un premier type de réalisation, le brûleur se compose d'un seul conduit axial vertical entouré d'une seule chambre annulaire d'arrivée du gaz; c est- -dlre que la nappe de gaz est unique et que toute la section du conduit d'arrivée participe à l'effet de cheminée précédemment décrit. Dans un second type de réalisation au contraire, le brûleur est complexe et comporte plusieurs chambres annulaires d'arrivée de gaz, donc plusieurs nappes de gaz, et plusieurs conduits d'arrivée d'air; dans ce cas, chaque "brûleur élémentaire11 est situé dans le conduit axial du brûleur immé diatement voisin et la section utile de chaque conduit d'arrivée d'air est réduite à une couronne cylindrique. Selon une variante intéressante de a présente invention l'écartement des lèvres du conduit annulaire d'amenée de gaz peut être ajusté par des cales, ce qui permet d'adapter le débit du gaz à la nature et à la pression de ce dernier. De toute manière la présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, de plusieurs variantes de réalisation de la présente invention données à titre d'exemples non limitatifs La description se rapporte aux figures annexées sur lesquelles on a représenté: - sur les figures 2, 2a et 2b des exemples de réalisation simple d'un brûleur conforme à l'invention; - sur les figures 3 et 4 d'autres exemples de réalisation plus élaborés; - sur les figures 5 et 6 des exemples d'application d'un brûleur, conforme à l'invention, à un réchaud "domestique" à un générateur d'eau chaude; - sur la figure 7 un exemple de réalisation de brûleur comportant plusieurs chambres alaires. Sur la figure 2 on a représenté le brûleur en coupe axiale. Le brûleur conforme à l'invention comprend une chambre annulaire de gaz combustible 2, de forme quelconque (on lui a tonné ici une forme sphérique) percée à sa partie supérieure et à sa partie inférieure respectivement par les alésages taraudés 4 et 6. Dans l'alésage 4 on a vissé une pièce 8, munie elle-même d'un aiésage tronconique 10 ayant même axe que l'alésage 4. Cet aiésage 10 ménage ainsi une lèvre ]2. Par l'alésage 6 on introduit dans la chambre annulaire 2 un cylindre 14 vissé sur la paroi de la chambre 2. Le cylindre 14 comporte un conduit axial 16. L'extrémité supérieure du cylindre 14 est biseautée, ledit cylindre 14 présente ainsi à sa partie supérieure une lèvre 18 dont la face externe est sensiblement parallèle à la face interne de la lèvre 12 de la pièce 8.On a ainsi tout autour de l'extrémité supérieure du cylindre 14 une fente périphérique 20, inclinée par rapport à l'axe du brûleur et mettant en liaison la chambre annulaire 2 avec l'extérieur. La lèvre 18 est centrée par rapport à la lèvre 12 grâce à des nervures de guidage telles que 22 solidaires de la pièce 8, ces nervures de guidage étant au nombre de trois ou quatre. Le cylindre 14 est muni à sa partie inférieure d un épaulement 24, exterieur au conduit annulaire 2. Entre l'épaulement 24 et la paroi de la chambre annulaire 2 on interpose une rondelle 26 dont l'épaisseur permet de régler l'enfoncement du cylindre 14; on règle ainsi l'épaisseur de la fente périphérique 20 et donc le débit de gaz combustible. Le dispositif comporte en outre un }oint d'étanchéité 28 entre le cylindre 14 et la chambre annulaire 2. On réalise ainsi un brûleur conforme à l'invention dans lequel le canal d'arrivée d'air, cylindrique, est entouré d'une fente périphérique pour l'arrivée du gaz sous pression, les lèvres de cette fente périphérique donnant par ailleurs un certain angle d'incidence au jet de gaz, par rapport à l'axe du canal d'arrivée d'air. De plus l'écartement des lèvres, donc l'épaisseur de Aa fente périphérique, peut se régler gracie à un système de cales. On obtient ainsi un dispositif qui est rigoureusement de révolution autour de ltaxe du brûleur, aussi bien en ce qui concerne l'arrivée d'air que celle de gaz. Selon une variante de ce même type de brûleur, représenté sur la figure 2a, le centrage du cylindre 14 est obtenu par un contact d'appui conique réalisé par 3 ou 4 bossage 22', ménagés par exemple sur son profil en biseau. Selon une autre variante -représentée sur la figure 2b, la fente périphérique 20 débouche dans un conduit cylindrique 20' accusant un accroissement de diamètre 20". Ledit conduit 20' comporte éventuellement des arrives d'air latérales 21. Sur la figure 3 la chambre annulaire 2 est munie intérieurement d'une douille 30 percée d'orifices 32 et portant la lèvre extérieure 12. Le cylindre 14 comporte une collerette 33 qui vient se plaquer sur la rondelle 26, celle-ci s'appuyant par ailleurs sur un épaulement 34 de la ouille 30. Le cylindre 14 est immobilisé dans cette position par un écrou de serrage 36 et un ressort 38. La rondelle 26, qui peut avoir différentes épaisseurs permet de prédéterminer l'écartement des lèvres et donc le débit de gaz. Sur la figure 4 le brûleur comporte à l'intérieur du cylindre 14, c'est-à-dire à l'intérieur du canal 16, une pièce de préchauffage d'air 40, dont la section droite a la forme d'une croix, et qui sort du cylindre 14. La pièce de pré chauffage 40 a en outre pour but de créer une certaine turbulence de l'air ce qui favorise la combustion du gaz. La pièce de préchauffage 40 comporte à sa partie supérieure un artifice 40' propre à améliorer la turbulence à ce niveau. Cet artifice 40' pouvant être une plaque circulaire percée de trous et perpendiculaire à l'axe de la pièce de préchauffage 40. I1 va de soi que la pièce de préchauffage 40 peut avoir une forme différente de celle décrite précédemment et représentée sur la figure 4. Par exemple elle peut se présenter comme un tube creux. Sur la figure 5 on a représenté l'adaptation de ce brûleur à un réchaud "domestique". Le brûleur G conforme à l'invention, a été représenté sous une forme simplifiée pour montrer la fente périphérique 20 et le canal d'arrivée d'air 16, ainsi que la cale d'épaisseur 26 pour régler l'ouverture de la fente périphérique 20. La figure 6 représente la conjonction du brûleur, conforme à l'invention, avec un générateur d'eau chaude adapté à ses qualités. Le brûleur G est représenté schématiquement à la partie inférieure de l'enceinte 42 dudit générateur d'eau chaude Les gaz de combustion sont emmenés à la partie supérieure de l'enceinte 42, par des tubes verticaux 43 qui supportent des ailettes telles que 44. L'eau à chauffer pénètre dans l'enceinte 42 par l'orifice d'entrée 45 et en ressort par l'orifice de sortie 45'. Les ailettes 44 ménagent entre elles des passages tels que 46 qui convergeant vers l'espace axial 47 laissé au centre de chaque ailette 44. Le débit d'eau se réparti également entre les différents passages 46, et ces nappes d'eau parallèles convergent par convection forcée vers l'espace axial 47 qui joue le rôle d'un collecteur axial. La figure 7 représente l'adaptation du brûleur au cas où l'on a plusieurs orifices coaxiaux. On a pris par exemple trois brûleurs coaxiaux G1 G2 G3 figurés en coupe. Ces trois brûleurs ont des canaux d'arrivée d'air coaxiaux dont le diamètre va en croissant lorsqu'on passe de G1 à G2 et de G2 à G3. L'angle aigu de la fente périhérique 20 avec l'axe de l'installation varie dans le même sens que le diamètre des brûleurs. L'inclinaison des fentes 20 décrite précédemment, semble la plus favorable, mais pour certaines applications on peut être amené à choisir des fentes parallèles, ou même des fentes dont l'inclinaison varierait dans le sens inverse de celui décrit ci-dessus.Sur l'arrivée commune de gaz sont branchées les dérivations 50, 50' et 5-0" qui alimentent chaque brûleur par l'intermédiaire des électrovannes 52, 52' et 52", et une dérivation 54 qui alimente la flamme pilote 56 placée sur l'axe commun aux trois brûleurs. On a figuré en 58 l'appareil d'utilisation de la chaleur fournie par les brûleurs. En donnant à chaque brûleur une puissance thermique différente et en jouant sur l'ouverture ou la fermeture des électrovannes 52, 52' et 52" on peut avantageusement obtenir toute une gamme de puissances thermiques d'utilisation. I1 ressort nettement de la forme de brûleur décrite ci-avant un grand nombre d'avantages. La quantité d'air absorbée par le conduit central s'adapte au débit de gaz réglé suivant la pression d'admission de celui-ci, par l'entrainement de l'air par legaz combustible et par la dépression qui se crée au niveau de la flamme. Ce dispositif d'arrivée d'aire nécessite plus un prémélange partiel d'air au gaz de combustion, ce qui renforce la sécurité du dispositif. Par ailleurs, comme on n'a qu un orifice de combustion du gaz, la fente périphérique, on supprime le phénomène d'allumage de proche en proche et les inconvénients qui en découlent. De plus l'air de la combustion passant à travers la chambre annulaire est préchauffé par ladite chambre annulaire dont la paroi est portée à une température relativement élevée du fait de la combustion. En outre ce type de brûleur permet une uniformisation de la répartition des températures à la base de l'instrument d'utilisation. Un brûleur conforme à l'invention, délivrant une puissance thermique de l'ordre de 40 000 cal/h a un conduit axial dont le diamètre est de 8cm, le gaz ayant une surpression de l'ordre de 100 à 200 mm d'eau I1 va sans dire que la présente invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation qui ont été décrits et représentés à titre d'exemple; et que la portée du présent brevet s'étend aux variantes de tout ou partie des dispositions décrites, restant dans le cadre des équivalences de telles dispositions. REVENDICATIONS 10) Procédé de combustion permanente d'un gaz combustible en vue d'une production de chaleur utilisant comme comburant l'air à la pression atmosphérique, caractérisé en ce qu'une colonne d'air verticale est entourée sur toute sa périphérie par un 3et annulaire d'au molys une nappe de gaz combustible sous pression, ce 7et convergeant en un point de l'axe de ladite colonne d'air, cette dernière étant essentiellement mise en mouvement par la dépression créée par la combustion du gaz combustible dans ladite colonne d'air et par l'effet de convergence du et de gaz. 20) Brûleur atmosphérique à gaz pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conduit axial vertical d'arrivée d'air à la pression atmosphérique, chaque conduit étant entouré par une chambre annulaire d'arrivée du gaz sous pression, la paroi de ladite chambre étant traversée par au moins une fente périphérique ayant méme axe que le conduit axial, les livres tronconiques de la fente périphérique débouchant obliquement vers l'axe du conduit axial, et dans le sens de l'écoulement de l'air 30) Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre annulaire amène seulement le gaz combustible. 4Ü) Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit axial est cylindrique et la surface de sa paroi recoupe la surface d'une des lèvres de la fente. 50) Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lèvres de la fente périphérique sont sensiblement parallèles. 60) Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le brûleur est composé d'au moins deux parties emboîtées l'une dans l'autre dont chacune porte une lèvre, les deux parties étant centrées l'une dans l'autre et austées en distance axiale. 7') Brûleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'écartement et le centrage des lèvres de la fente sont ajustés par des bossages d'appui ménagés dans la surface de l'une des lèvres. 8 ) Brûleur selon la revendication & caractérisé en ce que l'écartement des lèvres -est ajusté par des cales d'épaisseur disposées entre les deux parties. 90) Brûleur selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que la lèvre intérieure est portée par un organe tubulaire intérieurement cylindrique engagé suivant l'axe du conduit axial et portant un épaulement d'appui pressé contre un redan de la paroi interne dudit passage avec interposition d'une cale annulaire de réglage. 100) Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un organe porteur d'ailettes radiales en métal bon conducteur de la chaleur est disposé dans l'axe du conduit axial et s'étend sensiblement de la zone de combustion franche Jusqu'au niveau de la section inférieure du conduit axial. 1102 Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une veilleuse est disposée dans le passage central de façon que sa flamme soit axiale dans celui-ci. 120) Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralite-de couronnes d'amenée de gaz de diamètres étagés, couronnes décalées en hauteur de façon à dégager le conduit axial de chacune d'elles. 13 ) Brûleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que 1 'angle aigu formé par les lèvres de chaque couronne avec l'axe de symétrie de l'installation peut être différent pour toutes les couronnes. 142) Brûleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les différentes couronnes sont alimentées par des dérivations d'une même canallsatlon de gaz, chaque dérivation comportant sa propre vanne de commande. 150) Application à un générateur d'eau chaude, d'un brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les gaz de combustion produits à la partie inférieure de l'appareil sont conduits, à la partie supérieure de celui-ci, à travers un 7eu de tubes verticaux dont les faces externes sont en contact avec l 'eau à chauffer. 1602 Application selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'arrivee d'eau froide étant tangentielle par rapport à la paroi du-genérateur et située a la base de celui-ci, les tubes verticaux sont solidaires d'une série de déflecteurs tronconiques qu'ils traversent, la sortie d'eau chaude étant axiale et située à la partie supérieure dudit générateur.