Brevet FR2373750A1 — publié le 19780707

La présente invention concerne un bec pour brûleur à flammes de prémélange présentant une structure multicanaux, ladite structure étant réaliste au moyen d'un métal revêtu au moins partiellement d'un corps céramique ou vitreux. Dans ces brûleurs, le gaz combustible et le gaz comburant sont d'abord mélangés artificiellement avant de parvenir au bec de combustion du brûleur. Parmi les valeurs à prémélange, on distingue habituellement les brûleurs à air atmosphérique et les broyeurs à air soufflé. Parmi les brûleurs à air atmosphérique, on peut citer - le brtleur type Bunsen. Le bec n1 est pas un élément du brûleur nettement indivi dualiste. Il n'est autre que l'ouverture d'un tube par lequel arrive le prémélange air/gaz, ouverture par laquelle le prémélange débouche dans l'atmosphère où il est enflammé. C'est là que la flamme doit rester accrochez. Pour éviter qu'elle ne remonte dans le brûleur, malgré la faiblesse de la vitesse du courant gazeux on utilise un mélange air-combustible avec un grand excès de ce dernier pour réduire la vitesse de propagation de la flamme. La combustion s'achève donc dans un grand panache. Le domaine des réglages possibles est de faible étendue. - le brftleur type Méker qui marque un net progrès sur le brtleur Bunsen. Il possède un bec nettement individualisé: il est constitué par des grilles métalliques qui divisent la flamme en flammes élémentaires et qui exercent des effets de refroidissement et de coincement, on évite ainsi la remontée de la flamme dans le brt}eur, on se rapproche de la stoechiométrie et on accroît la puissance spécifique du brûleur. La longueur.du panache réduite par la meilleure stoechiométrie du mélange permet d'avoir des foyers moins encombrants lorsque le brûleur sert à chauffer l'eau d'un générateur thermique. Malgré ces progrès, les débits et, partant, les puissances spécifiques, restent limités. - le brûleur torche avec stabilisation par flamme pilote. Une dérivation du prémélange dans une collerette qui entoure la flamme principale permet de réduire la vitesse du jet de prémélange et de stabiliser la flamme du brtleur principal qui est du type Bunsen ou Méker. - le brtleur à rampe. Il utilise les mêmes principes que le brûleur Méker mais les flammes élémentaires sont réalises par de petits orifices circulaires ou par des fentes fines séparés afin que l'air secondaire puisse les atteindre plus facilement et augmenter ainsi la densité de combustion. D'une façon générale, avec les plus performants de ces brtleurs à prémélange à air atmosphérique, alimentés par du gaz-naturel, on n'a a pas pu dépasser les puissances thermiques suivantes . par unité de surface de flamme élémentaire : 1.000 à 1.200 kcal/h.cm2 par unité de surface de brüleur : 100 kcal/h.cm . par unité de surface de base du foyer : 50 keal/h,cm2. Par ailleurs, ces résultats ne sont atteints qu'au'prix de l'émission de bruit assez intense, souvent désagréable. Il existe d'autres brtleurs à air atmosphérique plus performants, surtout en ce qui concerne la puissance surfacique (jusqu'à 200 à 300 kcal/h.cm), mais ces performances sont obtenues au prix de graves inconvénients - émission de bruit intense, - problèmes technologiques et métallurgiques pour leur fabrication, - fiabilité insuffisante, - qualité moyenne de la combustion insuffisante, - prix de revient élevé. Ainsi, ces broyeurs sont-ils très peu répandus. Le brtleur à air soufflé permet de réaliser des taux de combustion élevés et, par suite, d'atteindre des puissances par unité de surface de tête de combustion elles-mêmes élevées. On peut atteindre ainsi 3.000 kcal/h.cm2, mais ce type de brtleur nécessite l'emploi d'un compresseur ou d'un ventilateur pour pulser l'air qui l'alimente et il émet un bruit intense. Aussi n'est-il pas utilisé pour des installations domestiques situées dans les locaux d'habitation ou proches de ces locaux parmi lesquels il faut compter en particulier les cuisines ou arrière-cuisines. Les brtleurs comportant des becs conformes à la présente invention permettent de dépasser largement les performances des modèles courants à air atmosphérique et d'atteindre des performances au moins égales à celles des brûleurs les plus élaborés tout en réduisant l'importance des défauts que ces derniers présentent, défauts qui les ont empêchés de trouver de larges débouchés commerciaux, Qu'il s'agisse de brûleurs à air souffle ou à air atmosphérique, la réduction du bruit est considérable. Les becs selon l'invention permettent d'étendre le domaine des debits utilisables avec un même brtleur tout en conservant une combustion efficace, sans production d'oxyde de carbone, et d'augmenter les performances des foyers. Ils permettent d'étendre surtout d'une manière très importante la puissance des bradeurs à air atmosphérique qui passe ainsi de 100 kcal/h.cm à plus de 300 kcal/h.cm et sans qu'il se produise de retour de flamme lorsqu'on règle la puissance du brûleur à des valeurs 2 aussi basses que 55 kcal/h.cm pou une valeur du rapport air primaire/air stoechiométrique de 0,9 à 1. Ce gain de puissance spécifique et de possi bilités de réglage permet d'étendre les applications connues de ces brûleurs aux produits dans le domaine du chauffage de l'eau pour usage domestique a) Chaudière de chauffage central murale ou au sol. b) Chauffe-eau à chauffage rapide (dit "instantané") ou du typeà accumulation. Ces chauffe-eau exigent des puissances de chauffage -importantes : 6.oxo & 15.000 kcal/h. c) Brtleurs pour chaudières mixtes assurant à la fois le chauffage des locaux et la production d'eau chaude, ce qui implique la possibilité de débiter des puissances thermiques qui sont dans un rapport de 1 à 6, ce qui ne peut être obtenu aujourd'hui que par des artifices onéreux. d) Chauffe-eau 3 chauffe normale ou lente. Le bec de brûleur selon l'invention permet de se rapprocher de la stoechiométrie et, par suite, de réduire l'alimentation en air secondaire. On peut ainsi diminuer les sections de passage de cet air secondaire, c'est-à-dire, en fin de compte, l'encombrement du foyer. Le nouveau bec de brûleur selon l'invention permet aussi d'avoir des appareils très silencieux. L'invention s'applique également à des brûleurs de type industriel. Elle permet entre autres de réaliser des brûleurs radiants et des br0leurs de surface dont les formes peuvent, au besoin, être adaptées aux formes particulières des surfaces à chauffer. La présente invention concerne en effet un bec pour brûleur à flammes de prémélange caractérisé par les points suivants - sa structure est du type multicanaux, - il est de nature métallique, - éventuellement la plupart des parois des canaux sont en métal déployé, - les parois des canaux sont recouvertes au moins partiellement d'une couche de matière céramique et/ou vitreuse ; dans le cas de recouvrement partiel, la partie recouverte est celle qui constitue la sortie du brûleur, c'est-à-dire celle où s'accroche la flamme, - la hauteur moyenne des canaux est comprise entre environ 0,5 et 8 cm et, de préférence, entre 0,8 et 3 cm. Conformément à l'invention, on a en effet constaté de façon surprenante que les brûleurs munis de tels becs sont notamment très peu bruyants, présentent une perte de charge minime et permettent de se rapprocher de façon sensible de la composition stoechiométrique tout en obtenant une flamme courte et très stable. En plus de ces avantages, il faut mentionner la protection de la surface métallique qu'assure le revêtement céramique ou vitreux; ce revêtement crée en outre une résistance à l'écoulement de la chaleur, t1 emploi de métal déployé qui réduit la section de passage du flux thermique accroit aussi cette résistance qui serait moindre dans le cas de canaux à parois pleines, Ainsi, l'écoulement de la chaleur transmise à la surface du brûleur se trouve-t-il freiné ce qui a deux conséquences : la surface est à une température plus élevée et l'intérieur est à température plus basse. La température de surface plus élevée favorise la stabilité de la flamme, la température interne plus basse s'oppose aux retours de flammes dans le brûleur et à la destruction de ce dernier. La hauteur moyenne des canaux doit être au moins égale environ 1 cm, En effet, pour un bec présentant des canaux de hauteur inférieure à 5 mm, on n'obtient pas les résultats bénéfiques visés par l'invention, La hauteur optimale des canaux varie bien entendu selon la vitesse des gaz, la nature du mélange combustible, son débit, etc., elle est toutefois en moyenne comprise entre 0,8 et 3 cm. Une hauteur supérieure à 8 cm n est pas souhaitable car elle augmente l'encombrement du brûleur et la perte de charge. Le métal déployé peut être en outre revêtu d'une couche de revêtement tendant à augmenter la rugosité des paroi des canaux. Le métal déployé est défini généralement par un groupe de trois chiffres - le premier est la longueur D de la grande diagonale de la maille en mm, - le deuxième est la largeur f des filets en 1/100 de mm, - le troisième est l'épaisseur e également en 1/100 de mm de la bande laminée initiale avant déployage. te fait du déployage provoque un basculement des filets en sorte que le métal déployé se présente comme une "ripe à fromage'' d'épaisseur hors-tout voisine de 2 e. Les valeurs des trois paramètres D, f et e ci-dessus définissant une feuille de métal déployé ne sont pas absolument critiques pour réaliser un bec selon l'invention. Toutefois, dans le cadre de la présente invention, on utilise de préférence un métal déployé dont les trois paramètres D, f et e sont cDmpris entre 1-14-10 et 8-75-50. Selon un mode de réalisation, le bec de brûleur peut comporter au moins un canal à paroi pleine situé de préférence au centre de la structure multicanaux. Une structure multicanaux conforme à l'invention peut être obtenue par enroulement sur elle-même d'une feuille plane en métal déployé sur laquelle on a prélablement fixé une feuille ondulée également en métal déployé. On peut réaliser également une structure multicanaux à partir de plaques de métal déployé séparées les unes des autres par des entretoises espacées parallèles mFtalliques et fixées auxdites plaques. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, au moins une partie de la surface des canaux en contact avec le mélange gazeux combustible est revêtue d'une couche d'un corps isolant thermique à point de fusion suffisamment élevé, tel qu'alumine, verre, émail, silice, zircone, silicoalumineux, etc. L'alumine est le matériau préféré, utilisé de préférence sur une sous-couche d'aluminiure, Toutes les formes d'alumine sont utilisables, telles que l'alumine a ou y La couche d'aluminiure, de préférence aluminiure de nickel et de cobalt, et la couche d'alumine peuvent entre déposées sur les structures multicanaux en utilisant par exemple les techniques décrites dans les brevets français nO 2.182.614 et 2.220.049. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée et des exemples ci-dessous donnés à titre illustratif nullement limitatif; référence sera faite au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement d'un mode de réalisation d'un bec selon l'invention; - la figure 2 représente une maille de métal déployé; - la figure 3 représente une coupe longitudinale d'un bec selon l'invention avec canal central; - la figure 4 représente en perspective un autre-mode de réalisation d'un bec selon l'invention. Le métal déployé est défini généralement par un groupe de trois paramètres D, f et e que l'on peut visualiser sur la figure 2. Une façon avantageuse de réaliser un bec conforme à l'invention et représenté sur la figure 1 est de fixer par exemple par soudage une feuille de métal déployé ondulée 11 sur une feuille de métal déployé plane 12. L'amplitude maximale crête à crête des ondulations peut être avantageusement comprise entre 1 et 4 mm pour une période des ondulations comprise entre 4 et 8 mm. Les deux feuilles ondulée et plane ainsi fixées sont ensuite enroulées pour former un matelas présentant la forme d'un cylindre 13 à structure multicanaux disposé au sommet du brtleur 14 à l'intérieur du carter 15. Bien entendu, le matelas 13 est fixé dans le carter 15, de telle sorte que les axes des canaux dudit matelas soient sensiblement parallèles à la direction d'écoulement du mélange gazeux. Un bloc multicanaux réalisé en métal déployé conforme à l'invention peut comporter en outre au moins un canal à parois pleines, ce qui permet d'accrottre le domaine des vitesses de gaz utilisable tout en conservant les avantages d'un bec conforme Bl'invention; un exemple d'un tel bec est représenté sur la figure 3. Sur cette figure, on voit que le bec 16 à structure multicanaux comporte un matelas 17 analogue au matelas de la figure 1 et comportant une feuille 18 plane de métal déployé sur laquelle est fixée une feuille ondulée 19 également en métal déployé mais ceci uniquement sur une partie h de la hauteur de la feuille plane 18. Le matelas comporte en son centre un canal 20 à paroi pleine. La direction du gaz est représentée par le. fleches. Sur la figure 4, on a représenté également un autre mode de réalisation d'un bec à structure multicanau;rr selon llinvention, selon lequel on n'utilise que des plaques planes 21 et 22 en métal déployé séparées les unes des autres par des tubes 23 pleins ou creux métalliques espacés, parallèles et fixés par exemple par soudure auxdites plaques en formant ainsi des canaux 24 de section grossièrement rectangulaire, Les tubes sont parallèles à la direction du mélange gazeux matérialisée par la flèche 25. EXEMPLE 1 Cet exemple vise la fabrication d'un bec analogue à celui représenté sur la figure 1, On utilise des feuilles déployées en acier austénitique 18/8 dont les parametres D, f et e sont 3-34-20. On recouvre par électrolyse les feuilles au moyen d'une couche de nickel de 10 pu d'épaisseur. On ondule une partie de ces feuilles selon approximativement une sinusoOde d'amplitude maximale crête à crête d'environ 2,3 mm et une période d'environ 5,8 mm. On dépose sur le sommet des ondes une couche de poudre de nickel mise en pite adhésive à l'aide d'un liant organique. Après enroulement et blocage par une ligature serrée exécutée à l'aide d'un fil de nickel, on procède à un traitement de 2 heures à 1,000 C dans une atmosphère d'hydrogène ou d'un mélange azote-hydrogène. Ce traitement a pour effet, par un processus de frittage, de souder les ondes aux feuilles initialement planes. On obtient ainsi un matelas rigide multicanaux que l'on peut libérer de ses liens. Ce matelas présentant une hauteur de 3 cm et un diamètre extérieur de 5 cm est prêt pour l'emploi et est introduit à l'intérieur du carter 15 de manière que l'axe des canaux soit sensiblement parallèle à l'écoulement du mélange gazeux, EXEMPLE 2 Cet exemple correspond à la figure 4. On procède de la même façon que dans l'exemple 1, à ceci près que la feuille de métal déployé plane 18 présente une hauteur de 30 mm et que la feuille de métal déployé ondulée 19 présente une hauteur h de 22 mm. La bande composite obtenue par fixation de la feuille ondulée sur la feuille plane est ensuite enroulée sur elle-mtme autour du tube central à paroi pleine 20. EXEMPLE 3 flans cet exemple, on réalise la même structure multicanaux ou monolithe de l'exemple 1 mais on dépose ensuite, à l'ai de d'un pistolet Schoop, une première couche d'aluminiure de nickel puis une couche d'alumine. La couche d'alumine pénètre seulement de 10 mm dans les canaux. Son épaisseur est au maximum de 200 pm. EXEMPLE 4 On utilise le même métal déployé pour constituer un monolithe semblable à celui de l'exemple 1 > à cela près que son épaisseur est réduite à 12 mm. On dépose l'aluminium de nickel par un procédé de cémentation puis on recouvre toute la surface par une couche d'alumine microporeuse de type y d'environ 30 pm d'épaisseur. EXEMPLE 5 Les monolithes des exemples 3 et 4 précédents sont utilisés comme têtes de combustion de brûleurs à prémélange à air atmosphérique avec du gaz naturel, sous pression de 150 daPa. Les résultats obtenus en faisant varier le débit de gaz sont consignés dans le tableau ci-dessous. TABLEAU Essais effectués avec des bradeurs munis des têtes de combustion des exemples 3 et 4 (résultats identiques avec ces deux têtes). n Débit Hauteur Hauteur Puissance surfa d'essai de gaz Qualité d'accrochage des des cique (Nm3/h) dards panaches 2 (mm) (mm) kcal/cm 1 0,100 La flamme rentre O 10 55 2 0,264 Très bon 3 50 143 Pression normale de 3 0,543 Très bon 25 250 285 service 4 0,600 Maximum acceptable 30 250 325 5 0,625 Très bon 20 250 340 Pression supé 6 0,700 Très bon 15 220 380 rieure à la pression nor male Les essais 1 à 4 inclus ont été effectués avec une pression normale du gaz. Le brûleur utilisé n'a pas permis de dépasser ainsi un débit de 0,600 Nm3/h ni de descendre au-dessous de 0,100 Nm /h. L'accrochage était encore très bon au débit maximal auquel correspondait une puissance de 325 kcal/h.cm, ce qui est très supérieur à la limite de 100 kcal/hcm2 atteinte par les brflleurs connus. Le débit a pu être porté 0,625 puis 0,700 Nm3/h en comprimant le gaz à 600 daPa et, pour l'essai n 6, un supplément d'air a été soufflé artificiellement au Venturi. Malgré cela, la flamme ne s'est pas décrochée. Par ailleurs, cette flamme est silencieuse et de couleur bleue. REVENDICATIONS 1. Bec de brûleur à flamme de prémélange, caractérisé en ce qu'il est de nature métallique, a une structure de type multicanaux, a les parois desdits canaux au moins partiellement recouvertes d'une couche céramique et/ou vitreuse et que lesdits canaux ont une hauteur moyenne comprise entre 0,5 et 8 cm. 2. Bec de brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois parametres D, f et e définissant le métal déployé sont compris entre 1-14-10 et 8-75-50. 3 Bec de braleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un canal à paroi pleine. 4. Bec de brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit canal est situé au centre de ladite structure. 5. Bec de brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite structure multicanaux est obtenue par enroulement sur elle-même d'une feuille plane en métal déployé sur laquelle on a préalablement fixé une feuille ondulée également en métal déployé. 6, Bec de brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la structure multicanaux est réalisée à partir de plaques de métal déployé séparées les unes des autres par des tubes espacés parallèles métalliques et fixés auxdites plaques. 7 Bec de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite hauteur moyenne est comprise entre 0,8 et 3 cm. 8. Bec de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal déployé est revêtu en outre dune couche de revêtement tendant à augmenter la rugosité des parois des canaux. 9. Bec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface des canaux en contact avec le mélange gazeux combustible est recouverte d'une couche d'un corps isolant thermique. 10. Bec selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit isolant thermique est de l'alumine. 11. Bec selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'alumine est déposée sur une première couche d'aluminiure. 12. Brûleur comportant un bec conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11.