Brevet FR2223631A1 — publié le 19741025

la présence invention concerne un élément de brûleur à gaz destiné à constituer la surface d'un brûleur sur laquelle se produit la combustion du gaz. Plus particulierement, elle concerne un élément de brûleur de type catalytique. On connait les avantages qu'offre la combustion catalytique du gaz dans un brûleur fonctionnant au gaz ; parmi ceux-ci, il faut mentionner la réduction des impuretés et des fumées et surtout la possibilité d'utiliser le brûleur dans des atmosphères inflammables ou explosives, en raison de l'absence de flammes. On a donc déjà proposé de fabriquer des brûleurs fonctionnant par catalyse du gaz. Des solutions diverses ont éte formulées, et en général elles découlent du principe selon lequel on associe à un support mécanique une couche d'un catalyseur approprié, le support mécanique devant permettre à la fois le passage du gaz jusqu'à la couche de catalyseur, un isolement suffisant entre le gaz situé en amont et la zone de combustion pour éviter tout retour de flamme, et enfin le contact avec l'air ambiant pour permettre l'évacua- tion de la chaleur et des gaz brûlés à la surface du brûleur. Toutefois, on utilise jusqu'à présent comme support mécanique, soit une masse de fibres de verre, soit une matière poreuse, soit encore une plaque perforée métallique, ce support étant, ou bien associé à une structure mécanique (grille amiantée par exemple) enduite de catalyseur et disposée en aval dans le sens de circula- tion des gaz, ou bien revêtu directement sur sa surface extérieure par une couche de catalyseur, dans le cas ou on utilise une tole métallique perforée. Daxls ce type de brûleur à catalyse, la réaction de décomposition au mélange gazeux se produit dans les zones de contact du gaz avec le catalyseur en présence de l'air ambiant, généralement sans apport d'air primaire POur obtenir un bon rendement, il faut donc faire en sorte que toute la masse du gaz émis puisse venir en contact avec le catalyseur et cela pendant une durée suffisante pour permettre le déroulement de la réaction. Par ailleurs, le rendement thermiaue du brulellr-dépendant de la masse de gaz brtlée, il convient de mainterir le débit du gaz à une certaine vitesse. On se trouve donc en présence de deux impératifs contradictoires, à savoir - permettre un contact aussi prolongé que possible du gaz avec le catalyseur en présence de l'air ambiant. - et assurer une vitesse d'émission convenable du mélange gazeux. Avec les dispositifs classiques, on éprouve des difficultés pour etablir un équilibre satisfaisant entre ces exigences divergentes, notaient en ce sens que le contact entre le gaz et le catalyseur se fait dans une zone peu profonde, presque ponctuelle au niveau de la grille, avec un rendement aléatoire La présente invention propose une solution simple et économique qui consiste à utiliser comme élément de bruleur une plaquette en matière de faible conductibilité thermique, notamme-nt une matière en terre réfractaire, perforée selon toute son épaisseur de passa ges traversants permettant la circulation d'un courant gazeux combustible d'une face à l'autre, ladite plaquette présentant sur la totalité de sa face par laquelle le çourant gazeux est émis vers l'extérieur et sur au moins une partie des parois des passages traversants un revebtement par imprégnation, dépôt ou trempage comportant un catalyseur. Dans le cas d'un revêtement partiel des parois des passages, la zone revêtue sera de préférence adjacente à la surface également revêtue de catalyseur. Selon une variante, le catalyseur peut revêtir la totalité des parois des passages ainsi que l'autre face de la plaquette. On comprend que le fait que les passages empruntés par le mélange gazeux soient revêtus de catalyseur, augmente la durée de contact et comme au moins la zone des passages avoisinant la surface émettrice de la plaquette est à une température importante, la réaction de décomposition du gaz peut s'amorcer le long des parois des passages qui peuvent alors se mettre à rayonner. L'expérience montre que lorsqu'elle est revêtue de catalyseur, même la face interne de la plaquette peut devenir incandescente sans que pour autant le mélange gazeux qui se trouve à son contact prenne feu. les conditions théoriques de réalisation du retour de flamme sur a face interne de la plaque perforée, phénomène préoccupant avec les autres types de brûleur, peuvent donc se trouver réunies dans un brûleur catalytique sans que ce phénomène se produise. T'invention concerne également un élément de brûleur en variante dans lequel les passages présentent, dans le sens axial, des parties de sections transversales différentes raccordées par un épaulement, seules les parties de plus grande section étant recouvertes intérieurement par le catalyseur. De préférence, ces arties de grande section déboucheront sur la surface émettrice et seront des cavités soit coaxiales respectivexent à une seule partie de plus petite section, soit commune respectivement à nlusieurs parties de pi-us petite section. En variante, un élément de brûleur pourra être réalisé selon l'invention, par une plaquette en matière réfractaire classique perforée das son épaisseur de passages pour le gaz et associée à une structure ceOtalytioue placée en aval de cette plaquette et constituée par une plaquette -revêtue totalement ou partiellement de cataliseur comme défini ci-dessus. Dais ce cas, de préférence, la plaquette supérieure en aval présentera des passages de section transversale supérieure à la section des passages de la plaquette sous-jacente. On décrira maintenant l'invention à titre dtexemple non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - la figure 1 représente en perspective, avec coupe verticale, une plaquette perforée en matière réfractaire selon l'invention dans laquelle les passages de gaz sont partiellement revêtus de ca-talyseur - la figure 2 est une vue semblable à la figure 1 représentant une plaquette totalement imprégnée de catalyseur - les figures 3 et 4 représentent des types de plaquette en variante ; et - 12 figure 5 est un élément de brûleur constitué par la superposition de deux plaquettes. A la figure I, on a représenté une plaquette t réalisée en matrière réfractaire non métallique qui est percée dans son épaisseur d'une série de trou6 cylindriques 2 débouchant sur les deux faces de 13 laquette. Une surface 3 de la plaquette ainsi qu'une partie 4 de la paroi des trous 2 sont revêtues d'une couche de catalyseur tandis que la partie 5 des trous et la surface inférieure 6 demeu ruent vierges. Ce revêtement peut être réalisé de toute manière ap nronriée, mais de Préférence, on opèrera par imprégnation de la plaquette dans la masse à l'aide du catalyseur jusqu'à la ligne X', Par mesure de clarté, on a utilisé dans les dessins un trait renforcé pour indiquer les parties imprégnées de catalyseur. Cette plaquette est destinée à entre disposée dans le bradeur de telle façon que le mélange gazeux à brtler pénètre dans le sens des flêches F. La plaquette de la figure 2 est par contre, imprégnée dans toute sa masse par le catalyseur de telle sorte que les deux surfaces 7 et 8 ainsi que la totalité des parois 9 des trous sont revêtues de catalyseur. Bien que l'on ait représenté les passages sous forme de canaux à section transversale circulaire, on comprendra qu'ils pourraient être, en vari nte, de toute autre forme appropriée. les figures 3 et 4 représentent quant à elles deux formes de -realisation d'une plaquette dans lesquelles les passages empruntés par le mélange gazeux ne sont oas de section constante sur toute la hauteur des plaquettes. À la figure 3, les trous 10 de section relativement faible débouchent dans un alvéole Il de plus grande section, chaque trou se raccordant à l'alvéole correspondant par un épaulement 12. La plaquette est imprégnée de catalyseur jusqu'à la ligne X-X', c'est-àdire sur toute la profondeur des alvéoles 11. Alors qu'à la figure 3, chaque trou débouche dans un seul alvéole, à la figure 4, une série de trous 13 débouche dans le fond d' une rainure 14 pratiquée dans la surface supérieure de la plaquette. Dans ce cas, la plaquette est imprégnée de catalyseur approximativement sur toute la profondeur de la rainure, jusqu a la ligne X-s'. On notera que la plaquette pourra présenter une alternance de trous 13 débouchant dans le fond d'une rainure 14 et de trous 15 à section constante débouchant directement sur les deux faces de la plaquette. Enfin, comme représenté à la figure 5, l'élément de brûleur pourrait être constitué par la superposition d'une plaquette classique P1, non imprégnée de catalyseur et percée d'une série de trous 16 à section constante, et d'une plaquette P2 imprégnée de catalyseur sur toute son épaisseur conformément à l'invention. La plaquette P2 est disposée en aval dans le sens de circulation du mélange gazeux représenté par la flèche, ctest-à-dire que sa face libre sera celle sur laquelle la combustion se développera. La plaquette P2 est également perforée de trous débouchants 17 qui sont de section plus importante que les trous 16 de la plaquette sous-jacente, Sur la figure 5, on a représenté côte à côte deux types différents de plaquette P2 partiellement arrachées. En effet, la plaquette P2 pourra 4tre soit une plaquette identique à celle de la figure I comme le montre la parti. gauche de la figure 5, soit une plaquette te semblable à celle de la figure 4 comme représenté à droite, soit encore une plaquette de structure voisine de celle de la figure 3. routes Tes plaquettes représentées sont réalisées en une matiè- re réfractaire non métallique et le catalyseur qui peut être quelconque sera de réference un sel de platine. L'inventi n ayant, maintenant, été exposée et son intérêt justifié sur un exemple détaillé, le deandeur s'en réserve I'exclusivité penda-t toute le durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1.- Elément de brûleur catalytique à gaz destiné à constituer la surface sur laquelle se produit la combustion du gaz et formé d'une plaquette en matière de faible conductibilité thermique, percée dans son épaisseur de passages traversants permettant la circulation d'un courant gazeux combustible d'une face de la plaquette vers l'autre et revetue d'une substance à effet catalytique, caractérisé en ce que ladite plaquette est revêtue de la substance à effet catalytique sur la totalité de sa fçïce par laquelle le courant gazeux est émis vers l'extérieur et sur au moins la partie des passages traversants qui est adjacente à la face totalement revêtue 2.- Elément de brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois des passages sont revêtues de catalyseur sur toute leur profon deur. 3.- Elément de brûleur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la face de la plaquette par laquelle le courant gazeux pénètre est également revenue sur sa totalité par le catalyseur. 4.- Elément de brûleur selon la revendication 1, dans lequel les passages présentent, dans le sens axial, des parties de sections différentes raccordées par un épaulement, caractérisé en ce que seules les parties de plus grande section sont recouvertes intérieurement par le catalyseur. 5.- Elément de brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parties de plus grande section communiquent chacune avec plusieurs parties de passage de petite section. 6.- Elément de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parties de la plaquette circonscrivant les parties de passages revêtues de catalyseur sont également imprégnées dans la masse par ledit catalyseur. 7.- Elément de brûleur composite constitué d'une plaquette en matière réfractaire perforée dans son épaisseur de passages pour le courant gazeux et associée à une structure catalytique placée en aval de ladite plaquette dans le sens de circulation du courant gazeux, caractérisé en ce que ladite structure catalytique est copstituée par une plaquette selon l'une quelconque des revendications 1à 6. 8.- Elément de brûleur composite dans lequel on utilise comme structure catalytique disposée en aval une plaquette selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section des passages dans cette dite plaquette à cataly seur est supérieure à la section des passages perforés dans la plaquette sousjacente,