Brevet FR2294398A1 — publié le 19760709

Les appareils de chauffage à rayonnement dans lesquels des gaz combustibles sont brûlés afin d'engendrer de la chaleur chauffant leurs éléments d'émission de l'énergie et les amenant à-la température du rayannemen-t sont bien connus et sont utili- sés dans de nombreuses installations industrielles ou commer ciales et dans des appareils de chauffage portatifs. L'avantage principal des brûleurs à rayonnement infrarouge est la combus tion sensiblement complète du mélange d'air et de gaz qui per- met de les utiliser dans des espaces fermés sans production dangereuse de gaz toxiques. De plus, la chaleur dégagée produi te par unité de volume de gaz brûlé est très élevée. Les utilisateurs industriels et commerciaux ont besoin de très nombreux appareils individuels pour lé chauffage de surfaces importantes. De plus, les appareils de chauffage por hâtifs qui peuvent être utilisés par des campeurs, des sportifs ou des ménagères pour le chauffage de locaux tels que patios ou pièces froides doivent être relativement peu.cotteus En conséquence, des efforts considérables de recherche ont été faits dans. le passé pour la réalisation de brûleurs dont les, frais de fabrication soient réduits par une simplification des opérations de production et en particulier des opérations d'as semblage qui nécessitent de la main-d'oeuvre. On s'est efforcé également de reluire le nombre des éléments d'un tel brûleur afin de réduire le prix de revient de ses matériaux de base et, à nouveau, afin de simplifier son assemblage et de réduire ainsi ses frais de fabrication. Un brûleur efficace de ce type doit être conçu de façon à permet tre un mélange intime du gaz carburant et de 1 l'air, à réduire les pertes de chaleur et à utiliser la plus grande quantité possible de l'énergie consommée pour la production de l'éner gie calorifique rayonnante par une réduction de la température du corps du brûleur. Dans ce but, on utilise en partie la cha leur pour élever La température des gaz d'admission et amélio rer leur combustion de cette façon. Des erreurs de conception se sont ajoutées aux problèmes de fabrieation et d'assemblage propres à de nombreux brûleurs a' rayonnement infrarouge, chauffés au gaz, de la technique antérieure. Un grand nombre de ces appareils de chauffage sont équipés d'une grille primaire et d'une grille de réverbération assujetties par leurs bords aux corps des appareils, par exemple par soudage ou à l'aide de vis à métaux passant par des rebords de montage. Ce montage soulève des difficultés pendant le fonctionnement des appareils, car les coefficients de dilatation des grilles primaires ou des grilles de réverbération peuvent ne pas être uniformes et aucun dispositif ne leur permet de se dilater sans se déformer. Du point de vue sécurité, les éléments d ombreux appareils de chauffage à infrarouge de ce type général ancien sont assemblés avec des vis à métaux et peuvent être démontés par un utilisateur. Ils risquent de ne pas être montés correctement etae ne pas occuper des positions relatives correctes. D'un point de vue sécurité encore plus important, de nombreux appareils de chauffage à rayonnement infrarouge, chauffés au gaz, et en particulier de petits appareils portatifs de ce type sont conçus de manière qu il s'y produit très fréquemment des retours de flamme. Dans ce cas, la combustion ne s'effectue pas uniquement dans le gaz qui devrait brûler contre la grille primaire afin de chauffer la grille de réverbération et de lui permettre d'émettre l'énergie calorifique par rayonnement infrarouge. Le débit du mélange combustible est alors insuffisant pour empêcher la flamme de combustion des gaz de revenir dans la chambre de distribution, à l'intérieur du corps du brûleur.On a essayé de disposer des plaques de diffusion à l'intérieur du corps d'un tel brûleur mais, jusqu'à présent, on n'a pas réussi à assembler facilement une plaque de proportions et de conception telles qu'elle supprime sensiblement le risque de retour de flamme. La présente invention concerne donc un brûleur à rayonnement ne comprenant qu'un nombre très faible d'éléments conçus et disposés de façon à permettre la production et l'assemblage faciles d'un dispositif efficace et facilement transportable. Il ne comprend que deux éléments métalliques estampés, c'est-à dire une grille primaire et une grille de réverbération, toutes deux mises en forme et conçues de façon à permettre un assemblage facile avec les éléments du brûleur. Les positions relatives appropriées que les éléments occupent les uns par rapport aux autres ont pour but de mélanger les gaz combustibles d'admission, de les introduire dans la zone de combustion, de régler et d'utiliser en partie la chaleur dégagée de façon à accroître le rendement du brûleur. Il comprend une plaque de diffusion des gaz, une grille primaire et une grille de réver opération qui peuvent être assemblées facilement par une opération simple.Ces éléments sont d'une/conception telle qu'elle supprime sensiblement le risque de retour de flamme, quelle leur permet des dilatations inégales lorsqu'ils sont amenés à une température élevée et qu'elle supprime sensiblement la com- bustion des gaz aux emplacements gênants, à l'intérieur du brûleur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une élévation d'un brûleur à rayonnement, selon l'invention, monté à l'extrémité d'un tuyau d1ali- mentation en gaz combustibles la figure 2 est une vue de face, avec arrachement partiel, du brûleur de la figure 1 la figure 3 est une coupe longitudinale à échelle agrandie suivant la ligne 3-3 de la figure 2 la figure 4 est une vue en perspective du corps d'un brûleur selon l'invention la figure 5 est une vue en perspective d'une plaque de diffusion la figure 6 est une vu en perspective analogue d'une grille primaire la figure 7 est une vue semblable de l'ensemble de la grille primaire et de la grille de réverbération soudées l'une 8 l'autre la figure 8 est une vue en perspective partielle, à échelle considérablement agrandie, d'un coin de l'ensemble de la grille primaire et de la grille de réverbération représenté tées séparément sur les figures 6, 7 ; et la figure 9 est une vue de détail partielle suivant la ligne 9-9 de la figure 3, à échelle considérablement agrandie et montrant un mode d'assemblage simple des éléments du brûleur. Un brûleur à rayonnement selon l'invention, indiqué d'une façon générale par la référence numérique 10, comprend un corps creux 11 (figure 4). Le corps il du mode de réalisation représenté est de section carrée. Il comprend une paroi arrière plane 12 et des parois latérales périphériques 13 orientées vers l'avant, perpendiculairement à la paroi arrière 12. Dans d'autres modes de réalisation, la paroi arrière 12 et les parois latérales 13 peuvent se raccorder de façon à former une courbe sensiblement continue. La paroi arrière 12 et les parois latérales 13 entourent une chambre 14 dont une extrémité est ouverte. Le brûleur 10 représenté est monté sur un tuyau d'alimentation 15 par lequel des gaz combustibles sont introduits dans la chambre 14.Dans un appareil de chauffage portatif, par exemple, les gaz peuvent provenir d'une bouteille de propane comprimé et ils peuvent être introduits par un venturi approprié afin de mélanger de l'air et du propane avant leur introduction dans la chambre 14. Une plaque perforée 16 de diffusion (figure 5) est disposée en travers de la chambre 14, de manière que sa paroi transversale principale 17 soit située dans un plan disposé 'a l'intérieur de l'extrémité avant de la paroi périphérique 13, parallèlement à la paroi arrière 12. Une grille primaire 18 (figure 6) et une grille de réverbération 19 (figure 7) espacée vers l'avant de la grille primaire 18, sont disposées en travers de l'extrémité ouverte du brûleur 10. La grille primaire 18 comprend deux ou un plus grand nombre de couches voisines d'une toile métallique à fines mailles qui, dans le mode de réalisation représenté, sont au nombre de trois. La grille de réverbération 19 est en une toile métallique de fils beaucoup plus gros et de mailles plus grandes. Dans le brûleur du mode de réalisation représenté, le corps 11 est de forme carrée lorsqu'on l'observe de face. De même, la plaque de diffusion 16, la grille primaire 18 et la grille de réverbération 19 sont carrées. Une face rectangulaire et en particulier de forme carrée est avantageuse du point de vue de la réduction des chutes de la matière à partir de laquelle est produite la grille primaire 18. Cependant, il est bien évident que la forme d'un brûleur selon l'invention peut être circulaire, ovale, allongée, rectangulaire ou de n'importe quelle autre configuration comportant une face sensiblement plane, entourant une chambre délimitée par des parois périphériques, quelle que soit leur forme et comportant une partie arrière fermée.La forme, en coupe longitudinale, d'autres modes de réalisation, comparable à celle représentée sur la figure 3 peut strie arrondie et comporter des parois périphériques 13 se raccordant les unes aux autres à l'arrière du corps 11, de façon b entourer la chambre 14. Une joue plane 20 d'espacement, orientée vers l'extérieur B l'extrémité avant des parois périphériques 13, présente une surface plane contre laquelle les autres éléments du brûleur 10 peuvent être assemblés et maintenus. La plaque de diffusion perforée 16 comprend une collerette 21 dirigée vers l'avant et un bord d'extrémité 22 orienté vers l'extérieur. Les dimensions de la collerette 21 et du bord 22 sont telles que la totalité de la plaque 16 est enfoncée à l'intérieur du corps creux 11 de façon que sa paroi transversale 17 soit disposée en travers de la chambre 14, dans un plan parallèle à la joue d'espacement 20 et dans le mode de réalisation représenté, parallèlement à la paroi arrière 12. La mise en oeuvre d'une plaque perforée de diffusion des gaz, analogue d'une façon générale à la plaque 16 de la présente invention, a été proposée dans le brevet des Etats Unis d'Amérique ne 3 326 265. Cependant, la conception spéciale de la plaque 16 de l'invention la rend plus efficace que les plaques perforées de la technique antérieure et supprime sensiblement, sinon complètement, ce qu'on appelle les "retours de flamme". La superficie des ouvertures de la plaque de diffusion 16 de l'invention est juste suffisante pour le maintien d'une surpression dans les gaz de la chambre de "distribution" disposée derrière la plaque 16. Cette surpression est choisie et maintenue à un niveau tel que la vitesse de propagation de la flamme des gaz, en cours de combustion, est trop faible pour lui permettre de revenir derrière la plaque 16. Dans un brûleur carré de 10 cm au carré selon l'invention, conçu de façon à brûler du propane gazeux, la superficie optimale des ouvertures de la plaque 16 est de 23 %. Dans ce brûleur, la chambre de "distribution" disposée à l'arrière de la plaque de diffusion 16 a une profondeur de 2,5 cm sur 10 cm au carré. Il convient également de se rendre compte que, pendant le fonctionnement du brûleur, la combustion des gaz en avant de la plaque de diffusion 16 provoque une réduction de la pression dans la zone située en avant de la plaque et entrain une chute de pression de part et d'autre de celle-ci. Le maintien d'une surpression dans la chambre de "distribution", derrière la plaque de diffusion 16, offre un avantage supplémentaire. En effet les gaz arrivants peuvent être introduits dans le brûleur par n'importe quel point situé derrière la plaque 16. La figure 1 représente en trait plein le tuyau d'alimentation 15 relié au brûleur par un raccord 27 situé au centre de la paroi arriere 12. Cependant, le tuyau 15 peut être relié, à volonté, par un raccord 27a, représenté en pointillé sur la figure 1 et situé sur l'une des parois périphériques 13, sans nuire au fonctionnement du brûleur. La grille primaire 18 comprend deux ou un plus grand nombre de couches de toile métallique à mailles fines, coupées de biais. La toile métallique comprend des fils en nombres différents dans le sens de la chaîne et dans le sens de la trame, par exemple 11,8 fils par centimètre dans le sens de la chaîne et 12,2 fils par centimètre dans le sens de la trame. On fait tourner ensuite les trois couches les unes par rapport aux autres afin d'accroître l'effet de labyrinthe du passage offert aux gaz à travers les nombreuses couches de la grille primaire. De plus, la disposition d'une toile métallique coupée de biais et comportant des nombres de fils différents dans les deux directions a tendance à égaliser sa dilatation dans toutes les directions pendant les variations de température. Le mode de réalisation représenté comprend trois couches de toile métallique, soudées les unes aux autres en plusieurs points indiqués par les références numériques 23 et 23a (figure 6). Les parties centrales des couches de toile métallique sont soudées les unes aux autres aux points indiqués par les références numériques 23 et après soudage, ces parties centrales sont matricées de façon à leur donner une forme convexe. La forme convexe de la partie centrale de la grille primaire 18 prédétermine le sens de sa dilatation thermique lorsque sa température augmente et supprime ainsi tout risque que les couches de la grille se séparent lorsqu'elles se dilatent et qu'elles se déplacent vers l'intérieur du brûleur pendant leur dilatation. Si les couches de la grille primaire 18 devaient se séparer les unes des autres, les gaz seraient susceptibles de brûler dans l'espace les séparant et créeraient ainsi une situation indésirable et dangereuse. Un résultat inattendu du dispositif représenté et décrit est le maintien de la couche intérieure d'une grille à deux ou trois couches à une température beaucoup plus faible que celle des autres couches pendant le fonctionnement du brûleur. Dans une grille primaire 18 à deux couches, selon l'invention, la couche intérieure est beaucoup plus froide que la couche avant pendant le fonctionnement du brûleur et la différence de température est au moins de 110OC. Dans une grille primaire 18 à trois couches, la couche intérieure est plus froide que la couche avant et la différence de température est dtau moins 220OC, Comme on l'expliquera plus bas, cette différence de température améliore la régulation de température du brûleur 10 lui-même et accroc le rendement de son fonctionnement. La grille de réverbération 19 (voir figures 7 et 8) est en une toile métallique à grosses mailles. Elle est mise en forme de façon à comprendre une paroi transversale ou corps plan 24, une joue de bordure 25 orientée vers l'arrière et un rebord 26 orienté vers l'extérieur. Les dimensions extérieures du bord 26 de la grille de réverbération 19, comme celles de la plaque de diffusion 16 et de la grille primaire 18, sont telles que tous ces éléments s'emboîtent les uns contre les autres et sont empilés contre la joue d'espacement 20 du corps 11, à l'intérieur d'une lèvre 28 de la joue 20. Lorsqu'on veut donner à une toile métallique à grosses mailles une forme telle que celle de la grille de réverbération 19, il est classique de choisir un morceau de toile plus grand que la paroi transversale finale 24 et d'une largeur supérieure aux largeurs combinées du rebord 25 et du bord 26. Des encoches sont découpées ensuite aux coins et la toile est repliée le long des lignes des bords de la paroi transversale 24, vers l'extérieur, le long des lignes du bord commun du rebord 25 et du bord 26. Ce procédé donne des extrémités de fils aiguës aux coins des fils individuels libres et une instabilité de structure pendant les variations considérables de température qui se produisent entre le repos et le fonctionnement de l'appareil. On voit en particulier sur la figure 8 qu'une grille de réverbération 19, selon l'invention, est produite par une opération d'emboutissage d'un morceau plat de toile métallique à grosses mailles qui supprime les extrémités de fils coupées aux coins et qui améliore considérablement sa stabilité en fonctionnement. Lorsqu'on a donné à la grille de réverbération 19 la forme représentée sur la figure 7, les couches de la grille primaire 18 et de la grille 19 sont réunies les unes aux autres, au milieu de leurs côtés, par quatre soudures 23a. Non seulement ces soudures solidarisent les grilles 18 et 19 et permettent de simplifier l'assemblage ultérieur du brûleur, mais encore elles mettent toutes les surfaces des fils directement en contact intime physique de façon que tous les fils soient chauffés rapidement et uniformément à la température de fonctionnement maximale. L'ensemble ainsi formé par les neuf soudures est un ensemble de grille primaire et de grille de réverbération solidarisées thermiquement qui se dilatent et se contractent en proportion directe de la dilatation et de la contraction du brûleur lui-m8me. Pendant la mise en forme initiale du corps 11, effectuée par exemple par des opérations d'emboutissage d'un métal, la lèvre 28 reste à la position "d'ouverture" représentée en trait plein sur la figure 4 et en pointillé sur la figure 3, dans laquelle elle est disposée vers l'avant, perpendiculairement à la joue d'espacement 20. Dans le mode de réalisation représenté sur le dessin et du fait de la forme carrée du corps, la lèvre 28 n'est pas continue autour du bord de la joue d'espacement 20 mais elle comprend quatre morceaux séparés. L'espacement latéral des éléments de la lèvre 28 est tel que la plaque de diffusion 16, la grille primaire 18 et la grille de réverbération 19 peuvent être toutes placées successivement dans l'espace entouré par la lèvre 28, les unes contre les autres et contre la joue d'espacement 20. Après cette opération d'assemblage simple, la lèvre 28 est rabattue vers l'intérieur contre la surface avant du bord 26 de la grille 19, comme on le voit sur les figures 1 à 3, de façon à former un dispositif de retenue 29 maintenant les éléments du brûleur en place, en travers de ltextrémité ouverte du corps 11. Les dispositifs de retenue 29 sont rabattus de façon à comprimer assez étroitement les bords de la plaque de diffusion 16, de la grille primaire 18 et de la grille de réverbération 19 les uns contre les autres, mais insuffisamment pour empêcher ces éléments de se dilater pendant le fonctionnement du brûleur. Les bords de la plaque de diffusion 16, de la grille primaire 18 et de la grille de réverbération 19 sont situés à l'extérieur de l'extrémité ouverte entourée par les extrémités avant des parois périphériques 13, de sorte que l'extrémité ou- verte du brûleur 10 ne comprend aucun obstacle ni élément provoquant une déviation du courant de gaz en cours de combustion et nuisant à leur symétrie. L'assemblage décrit ci-dessus, dans lequel les couches de la grille primaire 18 et de la grille de réverbération 19 sont soudées les unes aux autres et dans lequel un contact intime métal-contre-métal est réalisé par la joue d'espacement 20 et les dispositifs de retenue 29 rend inutiles les joints résistant aux températures élevées qui équipent fréquemment des brûleurs analogues. Ce mode d'assemblage se traduit également par une réduction de prix considérable, car les joints résistant aux températures élevées sont très coûteux, difficiles à maintenir en état et à remplacer. En fait, dans un brûleur sensiblement identique au brûleur de l'invention et dans lequel des joints sont introduits entre les bords des éléments décrits plus haut, il se produit des pertes considérables du rendement et des possibilités de fonctionnement du dispositif. Le mélange combustible d'air et de gaz pénétrant dans la chambre 14 est réparti régulièrement sur la surface interne de la plaque de diffusion 16. Il s'écoule par les ouvertures des perforations dans la partie avant du corps 11, entre la plaque 16 et la grille primaire 18. Les gaz combustibles diffusés et mélangés brûlent contre la grille primaire 18 qui devient rapidement assez chaude pour entretenir la combustion et engendrer une énergie calorifique rayonnante par infrarouge. Cependant, comme on l'a expliqué plus haut, sa couche intérieure reste plus froide, à une température inférieure à la température d'émission de l'énergie, de façon à réduire les pertes par rayonnement inverse vers l'intérieur. De même, la couche extérieure ou couche avant de la grille primaire 18 atteint une température de l'ordre de 870oC, de l'énergie calorifique est produite en ce point et la grille de réverbération 19 atteint également un niveau de température tel que l'énergie du rayonnement par infrarouge de sortie est très élevée.La suppression, par conception, des joints résistant aux températures élevées et la solidarisation par soudage de la grille primaire et de la grille de réverbération permettent la réalisation d'un circuit dans lequel la transmission de la chaleur est beaucoup plus rapide et plus efficace et les pertes de chaleur produites facilitent considérablement le maintien d'une température de fonctionnement constante et d'un rendement très élevé. La simplicité de conception d'un brûleur à rayonnement selon l'invention se traduit par des opérations de production peu coûteuses, une réduction du nombre d'éléments et un assemblage rapide. Le corps 11 peut être produit par des opérations d'emboutissage relativement simples d'un métal. La plaque de diffusion 16 est un simple élément estampé de métal perforé. La grille primaire 18 comprend deux ou un plus grand nombre de couches de toile métallique à fines mailles, soudées par points les unes aux autres, de la façon décrite,et matricées ensuite vers l'avant. La forme convexe vers l'extérieur de la grille primaire 18 supprime son cintrage vers l'intérieur lorsqu'elle atteint sa température de fonctionnement et évite ainsi le risque que les couches de la grille primaire 18 puissent se séparer ou se renfler vers l'intérieur lorsqu'elles s'échauffent, au risque soi te venir en contact avec la plaque de diffusion 16,soit de réduire l'espace qui les sépare et d'empêcher, de ce fait, le brûleur de fonctionner convenablement. Le soudage de la grille primaire 18 et de la grille de réverbération 19 non seulement permet une meilleure transmission de la chaleur mais encore simplifie l'assemblage de l'appareil. Le contact direct métal-contre-métal de la joue d'espacement 20 du corps 11, du bord 22 de la plaque de diffusion 16, du bord de la grille primaire 18, du bord 26 de la grille de réverbération 19 et des dispositifs de retenue 29 rabattus, se traduit par une bonne transmission de la chaleur au corps 11. Cette chaleur s'écoule vers les bords du corps 11 et vers la plaque de diffusion 16 où elle agit de façon à préchauffer et à dilater les gaz froids arrivants. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Brûleur à rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend un corps creux dont la partie arrière est fermée et dans lequel une paroi périphérique continue, orientée de l'arrière vers l'avant, entoure une chambre dont l'extrémité est ouverte, une joue plane orientée vers l'extérieur étant disposée à l'extrémité avant de ladite paroi périphérique, une plaque de diffusion perforée comprenant une paroi transversale plane étant disposée en travers du corps, dans un plan parallèle à ladite joue et espacée de l'arrière du corps vers l'avant, les bords de ladite plaque reposant contre la joue, une grille primaire et une grille de réverbération à mailles ouvertes étant disposées en travers de l'extrémité ouverte de la chambre, leurs bords étant superposés aux bords de ladite plaque et de la joue et étant empilés, une lèvre du bord extérieur de la joue étant rabattue contre la surface du bord de la grille de réverbération afin de maintenir ladite plaque, ladite grille primaire et ladite grille de réverbération dans le corps, un orifice d'entrée d'un gaz combustible débouchant dans la chambre derrière la plaque de diffusion. 2. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la grille primaire comprend plusieurs couches dont les parties centrales sont convexes vers l'avant, ces parties centrales étant soudées par points les unes aux autres. 3. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que son corps est sensiblement carré lorsqu'on l'observe de face. 4. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la grille primaire comprend au moins deux couches de toile métallique soudées par points l'une à l'autre, en plusieurs emplacements autour de sa périphérie. 5. Brûleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les bords de la grille de réverbération sont aussi soudés à la grille primaire aux points où les couches de celle-ci sont soudées l'une à l'autre. 6. Brûleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la grille primaire comprend au moins deux couches soudées l'une à l'autre au milieu de leurs bords. 7. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la grille de réverbération comprend une paroi transversale plane et un rebord extérieur orienté vers l'arrière et dont les bords d'extrémité orientés vers l'extérieur recouvrent les bords de la grille primaire de façon à espacer le corps de la grille de réverbération de ladite grille primaire vers l'avant. 8. Brûleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les fils métalliques de la toile de la grille de réverbération sont continus dans sa paroi centrale, son rebord extérieur et ses bords d'extrémité. 9. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de diffusion perforée comprend un corps plan et un rebord extérieur orienté vers l'avant et dont les bords d'extrémité orientés vers l'extérieur reposent contre la joue de la chambre, de façon à espacer la paroi transversale de la plaque de diffusion vers l'intérieur de l'extrémité ouverte de la chambre. 10. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la lèvre de la joue de la chambre est rabattue de façon à être parallèle à la joue de la chambre et espacée de celleci afin de maintenir la plaque de diffusion, la grille primaire et la grille de réverbération en place en travers de la chambre, tout en permettant à leurs bords d'exécuter les déplacements relatifs provoqués par des dilatations et des contractions thermiques. 11. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface des ouvertures de la plaque de diffusion perforée est insuffisante pour permettre un écoulement sans contrainte des gaz sur ses ouvertures à une vitesse inférieure à la vitesse de propagation de la flamme des gaz introduits dans la chambre derrière ladite plaque.