Brevet FR2367247A1 — publié le 19780505

La présentnvention a essentiellement pour objet un procédé de chauffage et un brdleur utilisant un mélange de combustible et d'air en présence d'un milieu catalytique. Jusqu'à présent, on employait dans la technique des brûleurs un mélange de butane ou propane et d'air en présence d'un milieu catalytique. Ces brdleurs offraient l'avantage de réaliser la combustion du mélange combustible sans flamme et de transmettre une plus grande quantit6-de chaleur que les brdleurs à flamme, et pouvaient etre utilisés sans danger dans un environnement à caractère explosif. Cependant, ces brdleurs catalytiques fonctionnant au butane ou au propane sont d'un emploi pratique très limité. En effet, leurFrincipal inconvénient est de nécessiter l'utilisation de bouteilles de gaz liquéfié pour l'alimentation en combustible. De plus, ces brdleurs catalytiques connus ne peuvent pas fonctionner au gaz naturel. Or Jusqu'd ce jour il n'a pas été proposé de brdleurs catalytiques capables de fonctionner également au gaz naturel. Un obJet de l'invention consiste à trouver une solution permettant de faire fonctionner des brdleurs catalytiques capables d'utiliser comme combustible aussi bien du propane, du butane que du gaz naturel (xdthane) ou tout autre coibustible. On sait que les réactions droxydation catalytique sont régies par la loi d'Arrhenius - K = Ae - E/RT dans laquelle : K est la vitesse spécifique A est une instante R est la constante des gaz parfaits T est la température absolue. Ainsi, la vitesse de réaction catalytique croit exponentiellement en fonction de l'augmentation de la température du catalyseur. Les teipératures d'auto-inflammation du butane et du propane sont respectivement de 4050C et 4660C tandis que la température d'auto-inflammation du méthane est de 5370C. En fonction de Ces deux paramètres, on peut conclure qutil est nécessaire d'obtenir une température du panneau catalytique beaucoup plus élevée pour oxyder le méthane afin d'avoir une vitesse de réaction appréciable. Par ailleurs, on se rend compte de l'importance de la température du support catalytique sur la quantité d'énergie rayonnée, puisque, par l'application de la loi de Steian Boltzmann - QR = 4,9. G (SIGMA). S. (5G) 4 dans laquelle : QR = l'énergie rayonnée, en millithermies, pendant I heure G = le coefficient d'émissivité du matériau S = la surface, en m2 T = la température de surface, en degrés Kelvin. Il résulte de cette formule que la quantité d'énergie rayonnée varie à la puissance 4 de la température de l'émetteur. (support catalytique). Le problème d'oxydation du méthane est résolu selon l'invention grâce à un brdleur catalytique capable de ionctionner au gaz naturel, de conception particulièrement simple, d'un emploi aisé, et d'un faible colt. Plus précisement, la présente invention concerne un procédé de chauffage du type utilisant un mélange de combustible et d'air en présence d'un milieu catalytique, caractérisé en ce quon fait passer ledit mélange, après l'avoir rendu homogène, au travers dudit milieu catalytique, en on enflamme ensuite ledit mélange qui libère une énergie calorifique dont une partie esthtilisde pour réchauffer le milieu catalytique. Lorsqu'on procède de cette manière, on constate que le milieu catalytique réchauffé permet d'assurer la combustion du mélange combustible quelle que soit la nature du ooibustible dans le mélange. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, le réchauffement du milieu catalytique assure l'auto-combustion du mélange et de préférence l'autocombustion est activée à l'aide d'un deuxième milieu catalytique. Ce deuxième milieu catalytique permet au premier milieu catalytique d'atteindre rapidement la température d'auto-cosbustion de n'importe quel combustible et en particulier du méthane, la combustion se poursuivant alors sans flamme. L'invention vise en outre un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit du type comprenant une enceinte de combustion contenantau moins un milieu catalytique, caractérisé en ce que ce dernier est agencé sur un support disposé transversalement dans ladite enceinte et séparant celle-ci en deux chambres, à savoir, une chambre inférieure, servant de chambre d'homogénéisation du mélange du combustible précité, et une chambre supérieure servant de chambre de combustion du mélange combustible rendu homogène. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'enceinte est constituée de deux éléments complémentaires supérieur et inférieur, l'élément supérieur étant constitué d'une toile métallique imprégnée d'un catalyseur. Ce dispositif permet de réaliser rapidement l'autocombustion sans flamme du mélange combustible quelle que soit la nature du gaz combustible et notamment lorsque le gaz combustible est du gaz naturel (méthane). L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description détaillée qui va suivre faite en référence à la figure unique annexe donnée uniquement à titre d'exemple qui illustre schématiquement un brdleur selon l'invention. Suivant cet exemple de réalisation et en se reportant i la figure unique annexée le broyeur selon l'invention comprend essentiellement une enceinte 1 de 300 mm de diamètre dans laquelle est disposé transversalement un support 2, sur lequel est agencé un catalyseur (appelé catalyseur principal pour la suite de la description) à base de palladium, et séparant l'enceinte 1 en deux chambres, à savoir une chambre inférieure 3 et une chambre supérieure 4. L'enceinte 1 est constituée de deux éléments complémentaires, un élément supérieur 5 et un élément inférieur 6. Les éléments supérieur 5 et inférieur 6 sont réunis avec le support 2 à l'aide de rondelles isolantes 7 et lesdits éléments 5 et 6 sont maintenus assemblés grâce à un sertissage 8 sur le pourtour de l'enceinte 1. -L'élément supérieur 5 est constitué d'une toile 9 imprégnée d'un catalyseur (dénommé catalyseur secondaire dans la suite de la description) à base de palladium. Cette toile 9 est de préférence en acier inoxydable réfractaire dont le diamètre du fil est compris entre 0,4 et 0,6 mm et présente une proportion d'espaces vides comprise entre 40% et 70% de sa surface. Une électrode d'allumage 10 est agencée sur l'élément supérieur 5. L'élément inférieur 6 est constitué d'un réflecteur parabolique Il en aluminium ou en acier chromé. Le réflecteur Il est muni à sa partie inférieure d'une pièce tubulaire 12 reliée à un tube de prémelange 13. La pièce tubulaire 12 contient un élément diffuseur 19 ayant par exemple une forme cylindrique comme montré sur la figure, et délimitant un espace annulaire 20 qui permet le passage et la diffusion du mélange gazeux. A l'intérieur du tube 13 et à son extrémité externe 14 est disposé un venturi 15 muni d'une bague 16 de réglage de l'admission d'air dans le tube 13. Un gicleur 17, placé à l'extérieur et dans l'axe du tube 13, est relié à ce dernier grace à un élément de jonction 18. Le fonctionnement du brûleur ci-dessus décrit est le suivant en référence à la figure unique annexée : dans un premier temps on a imprégné le support 2 d'un catalyseur (catalyseur principal) à base de palladium etbtoile 9 d'un catalyseur (catalyseur secondaire) également à base de palladium par exemple. Le combustible, par exemple du gaz naturel à 20 millibars de pression, arrive par le gicleur 17, pénètre dans le venturi 15 en entraînant de l'air. L'air ainsi entraîné se mêle au méthane en formant ainsi un mélange combustible d'air et de méthane. On dose la teneur de méthane dans le mélange combustible à 6% au moyen de la bague 16 de réglage de l'admission d'air dans le venturi 15. Le mélange d'air et de méthane, à 6% de méthane, circule dans le venturi 15 et traverse le tube 13. Le mélange pénètre par l'espace annulaire 20 dans la chambre inférieure 3 du brdleur t et se répartit dans la chambre 3 grtce au diffuseur 19. Le mélange d'air et de méthane devient complètement homogène dans la chambre inférieure 3 puis il entre en contact avec le support 2 imprégné du catalyseur principal à base de palladium et traverse ledit support. Le mélange d'air et de méthane ayant traversé le support 2 est donc introduit dans la chambre supérieure 4. On enflamme alors le mélange présent dans la chambre supérieure 4 grâce à l'électrode d'allumage 10. Le mélange d'air et de méthane enflammé libère une certaine énergie calorifique qui chauffe la toile 9 et le catalyseur secondaire à base de palladium placé sur la toile 9 lorsque les gaz de combustion stéchappent de la chambre supérieure 4 en traversant ladite toile 9, Le catalyseur principal placé sur le support 2 est simultanément chauffé lors de la combustion du mélange sans que la température du catalyseur principal -atteigne une température suffisante permettant ltauto-combustion du mélange. Cependant, le catalyseur secondaire placé sur la toile 9 absorbe une partie de l'énergie calorifique libérée par la combustion du mélange et absorbe également le rayonnement éventuellement émis par le catalyseur principal. Dès que le catalyseur placé sur la toile 9 a atteint une certaine température, il émet un rayonnement et renvoie ainsi de l'énergie vers le catalyseur principal placé sur le support 2. Ce rayonnement permet d'élever encore la température du catalyseur principal en augmentant ainsi la vitesse deréaction pour réaliser l'oxydation du méthane. Grtce à ce processus, la température du catalyseur principal atteint au bout de 1 à 3 secondes, successivement 6000C puis 900 C. Dès que la température du catalyseur atteint 9000C la combustion catalytique du mélange air plus méthane se poursuit sans flamme. Ce brdleur catalytique ayant 300 mm de diamètre donne une puissance de 4800 mth/h en fonctionnant ainsi au gaznatur1. Naturellement le brûleur peut avoir une dimension différente. De manière plus générale, le brûleur catalytique selon l'invention peut fonctionner avec des combustibles autres que le gaz naturel (méthane ), tels que le propane, le butane, etc... On peut également ne pas placer de catalyseur secondaire sur la toile 9 ou bien placer un catalyseur secondaire différent du catalyseur principal placé sur le support 2. Bien entendu , l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté. L'invention comprend donc tous les équivalents techniques des moyens décrits et représentés ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage du type utilisant un mélange de combustible et d'air en présence d'un milieu catalytique, caractérisé en ce qu'on fait passer ledit mélange, après l'avoir rendu homogène, au-travers dudit milieu catalytique, et on enflamme ensuite ledit mélange qui libère une énergie calorifique dont une partie est utilisée pour réchauffer le milieu catalytique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réchauffement du milieu catalytique précité assure l'auto-combustion du mélange combustible. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le réchauffement à la température d'auto-combustion précitée est, de préférence, activé à l'aide d'un deuxième milieu catalytique. 4. Brflleur pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 et du type comprenant une enceinte de combustion contenant au moins un milieu catalytique, caractérisé en ce que ce dernier est agencé sur un support disposé transversalement dans ladite enceinte, et séparant celle-ci en deux chambres, à savoir, une chambre inférieure, servant de chambre d'homogénéisation du mélange combustible précité, et une chambre supérieure servant de chambre de combustion du mélange combustible rendu homogène. 5. Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite enceinte est constituée par deux éléments complémentaires supérieur et inférieur qui sont réunis avec ledit support transversal par des moyens de liaison tels que des rondelles isolantes, l'ensemble formé par les deux éléments et le support précités étant serti sur le pourtour de ladite enceinte. 6. Brdleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément supérieur de l'enceinte est constitué d'une toile métallique. 7. Brûleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la toile métallique précitée présente une proportion d'espaces- vides comprise entre environ 40 et 70% de la surface de la toile. 8. Brûleur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la toile métallique est imprégnée d'un catalyseur par exemple à base de palladium. 9. Brûleur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le support transversal précité sur lequel est agencé un catalyseur par exemple à base de palladium est constitué d'une toile de silice. 10. Brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément inférieur précité de l'enceinte est constitué par un réflecteur parabolique métallique muni d'une pièce tubulaire contenant un élément diffuseur et raccordée à un tube d'alimentation en mélange combustible. 11. Brûleur selon l'une des revendicatiors4 à å 10, caractérisé en ce qu'une électrode d'allumage est disposée dans la chambre supérieure précitée.