Brevet FR2481415A1 — publié le 19811030

BRULEUR à GAZ Cette invention concerne un brûleur à gaz dans lequel l'air comburant est fourni sous pression en amont de lBinjecteur du gaz de combustion. Dans les brûleurs de ce genre, le mélange air-gaz s'effectue, en général, immédiatement en amont de la zone de combustion, les brûleurs réalisés selon ce principe sont bruyants et forment des flammes en forme de torche. Egalement, la stabilité de ces grandes flammes relativement puissantes est incertaine, et des décrochages de flamme peuvent se produire La pressente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de créer un brûleur à gaz qui est cartrase en ce qu'il comporte les c')ements suivants un dispositif fournissant de l'air sous pression - un dispositif dlinjection du gaz pour en amont d'un écran servant à créer un écoulement turbulent de l'air et par la suite du prémélange air-gaz au voisinage dudit dispositif d'injection ;; - une première enceinte d.e prémélange air-gez à volume croissant à partir du dispositif d'inject.ion di gaz préci.té pour lRob- tention d'un prémélange gaz-vir homo dans une proportion stoechiométrique ; - au moins un premier système de déflecteur du prémélange air-gaz;; - une deuxième enceinte pour la création d'un mélange intime air-gaz - au moins un deuxième système de déflecteur dudit mélange intime air-gaz - des écrans stabilisateurs du mélange intime air-gaz qui sont situés au voisinage des orifices de sortie dudit mélange - un organe monté fixe au moins partiellement sur ladite deu xième enceinte, ledit organe comportant des saillies sous forme de rampes, qui sont disposées sensiblement parallèle ment les unes aux autres, le sommet de chaque saillie étant pourvu d'orifices, dont chacun a une section relativement faible, pour le passage dudit mélange intime air-gaz ; ce mélange étant allumé à la sortie desdits orifices pour donner des flammes courtes, stables et régulières sur toute la lon gueur de chaque saillie (ou rampe) précité. Selon un premier mode de réalisation, le brûleur conforme à l'invention est caractérisé en ce que ladite deuxième enceinte est placée adjacente à ladite première enceinte, au moins un déflecteur dudit deuxième système de déflecteur étant disposé de façon à ce que chacun des orifices précités soit alimenté d'une égale quantité du mélange intime air-gaz à une pression sensiblement égale et constante. Selon ce même mode de réalisation, ledit organe est un plateau ayant la configuration générale d'une tale ondulée, les ondulations étant équidistantes les unes des autres, chaque ondulation ayant une section de la forme d'un trapèze équilatéral, les sommets des- ondulations correspondant à la petite base du trapèze constituant rampes et étant pourvues d'orifices relativement petits et régulièrement espacés. En outre, selon ce mode de réalisation, la distance entre les centres des sommets de deux ondulations (rampes) consécutives est choisie de façon à ce que les côtés latéraux inclinés des saillies soient soumis à un échauffement minimal. Enfin, selon ce même mode de réalisation, les écrans stabilisateurs sont montés fixes sur ledit plateau sur toute sa largeur, en dessous des rampes de saillies, un écran étant prévu pour chaque série de saillies. Selon un-autre mode de réalisation, le brûleur conforme à l'invention est caractérisé en ce que ladite deuxième enceinte est réalisé sous fore d'un corps tubulaire qui est situé à l'extrémité opposée à celle par laquelle est refoulé l'air sous pression; ledit organe, qui peut avoir la forme générale d'un cylindre, est fermé à l'une de ses extrémités et relié par sa base à ladite deuxième enceinte; la paroi dudit organe tubulaire a la coniguration générale d'une tôle ondulée, les ondulations (rampes) étant équidistantes les unes des autres sur la périphérie dudit organe, chaque ondulation ayant une section trapé zoidale dont la grande base est une partie d'un cercle et dont les côtés sont d'égales longueurs, les sommets desdites ondula- tions (rampes) dirigés vers l'extérieur étant planes et sensiblement droites sont pourvus d'orifices relativement petits t régulièrement espacés. Selon ce même deuxième mode de réalisation, au moins un déflecteur dudit deuxième système de déflecteur ayant une forme généralement conique est disposé dans ledit support de façon à ce que le sommet du cône soit situé dans ladite deuxième enceinte ou dans la partie basse dudit organe, tandis que la base du cône est constituée par au moins une partie circulaire de la fermeture de ladite extrémité de la deusième enceinte, qui est adjacente audit organe En outre, selon ce même deuxième mode de réalisation, la distance entre les centres des sommets de deux ondulations consécutives est choisie de facon à ce que les cotés latéraux inclinés des saillies soient soumis à un échauffement minimale Enfin, selon ce deuxième mode de réalisationp les écrans stabilisateurs sont montés fixes sur la paroi intérieure dudit organe tubulaire sur toute sa périphérie, en dessous des saillies; un écran étant prévu pour chaque série de saillies0 Pour les deux modes de réalisation susmentionnésD la forme des orifices est choisie de façon à éviter le décrochement de le flamme lors du fonctionnement du brûleur. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront du texte suivant et des figures y afférentes, donnés à titre d'exemple uniquement0 La figure 1 montre de façon s & ématique, en coupe, wa premier mode de réalisation du brûleur conforme à l~2invention7 La figure 2 montre, de façon schématique, en coupe, une vue de dessus dudit premier mode de réalisation; La figure 3 montre, de façon schématique, une coupe selon la ligne A-A de la figure i; La figure 4 montre, de façon ~schématique9 une vue de dessus du brûleur selon le premier mode de réalisation; La figure 5 monture, de façon schématique, à plus grande échelle, un détail du brûleur selon le premier mode de réalisas tion; ; La figure 6 montre, de façon schématique, en coupe, un deuxième mode de réalisation du brûleur conforme à l'invention; et La figure 7 montre, de façon schématique, en coupe, une vue de dessus dudit premier mode de réalisation. Dans toutes les figures, les mêmes références sont utilisées pour des organes et éléments identiques. Les brûleurs conformes à l'invention peuvent par exemple être utilisés avec des chaudières ou générateurs de chaleur comportant un foyer étanche parallélépipédique ou encore cylindrique, et au moins un échangeur de chaleur du type à lames ou à tubes d'eau ou à tubes de fumée, La disposition des brûleurs dans le foyer peut être telle que les flammes peuvent prendre toute direction désirée, par exemple de bas en haut ou de haut en bas. Les brûleurs conformes à l'invention peuvent toutefois équiper des générateurs de chaleur à foyer ouvert. Le brûleur montré dans les figures est réalisé de façon à créer un véritable tapis plan ou tube de flammes courtes, stables et régulières qui peuvent être dirigées dans toute direction désirée, comme c'est mentionné ci-dessus. La hauteur des flammes créées.par ce brûleur est faible, par exemple de l'ordre de 5 à 50 m/m; ceci rend possible de disposer l'échangeur de chaleur à une faible distance du tapis de flamme : environ 30 à 60 m/m, sans que ltéchangeur risque "être endommagé - même à long terme - par contact direct avec la ou les flammes et/ou par des zones de chaleur excessive. Le brûleur montré dans les figures 1 à 5 est réalisé sous forme d'un seul corps monobloc d'une forme généralement parallélépipédique qui comporte à l'une de ses extrémités un dispositif d'amenée d'air sous pression. Dans l'exemple montré dans les figures, ce dispositif est une turbine ventilateur (2) entraînée par un moteur électrique (3), qui aspire de l'air selon la flèche "AIR" et la refoule dans une enceinte (î) en direction d'un écran (6) turbulateur qui est monté fixe sur le dispositif d'injection du gaz (5).Le gaz entre ce dispositif (5) selon la flèche "GAZ" est éjecté dans le courant d'air par au moins un orifice (51) L'écran turbulateur (6) monté immédiatement à l'amont des orifices (5 ) d'éjection du gaz permet un brassage efficace air-gaz qui continue dans l'enceinte de prémélange (11) dans le sens de la Plèche (fi). Cette enceinte de prémélange (1 ~ a une hauteur (H) constante sur toute sa longueur, mais sa largeur augmente progressivement entre deux parois (7);ainsi le volume de l'enceinte (11) va en croissant à partir du disposi -i tif (5) d'injection du gaz, ce qui permet, pour un débit d'écoulement air-gaz sensiblement constant de diminuer progressivement la vitesse d'écoulement et obtenir un excellent mélange air-gaz. A l'extrémité opposée à celle où est placée la turbine (2-), le courant air-gaz est dévié par un déflecteur (9) pour passer à travers une ouie (4) dans l'enceinte de mélange intime (8 ) disposé dans le caisson (8). Le déflecteur (9) est continué dans l'enceinte 8 ) où il est pourvu de passages (9 î > - pour permettre la distribution efficace du mélange air-gaz vers tous les orifices de flammes (il ). Le caisson (8) est monté directement au-dessus de l'enceinte (11) On obtient ainsi une construction du brûleur compacte et peu encombrante Un deuxième déflecteur (10) est monté dans enceinte (s ) de façon à ce que la vitesse et la pression du mélange intime air-gaz soient sensiblement constantes à chacun des orifices de sortie (ou orifices de flamme) (11 1 ) Les orifices (111) sont pratiqués dans les parties supérieures des saillies (11) d'un plateau (16) qui est monté fixe sur le caisson (8). Comme on peut le voir dans la figure 5, les saillies (11) se présentent sous forme d'ondulations du plateau (16). En coupe, ces ondulations ont la forme générale d'un trapèze équilatéral, dont la petite base (b) définit le sommet de chaque saillie (11) qui constitue une rampe0 Chaque saillie (lui) est percée d'orifices de sortie (ou d'orifices de flamme) (il ) sur toute sa longueur; ces orifices sont de préférence disposés de façon régulière; la distance entre les orifices, ainsi que leur forme sont choisies de façon à éviter un éventuel décrochage de la flamme, et à obtenir un véritable tapis de flammes sur toute la surface du plateau (inti). L'inclinaison ( ) des côtés de chaque saillie (11) et la distance (a) entre les centres des petites bases de deu saillies consécutives sont choisies de manière à éviter l'échauffement des côtés des saillies et des bases des ondulations (c), ainsi que des écrans stabilisateurs (12), qui sont montés sur ces parties (c) en dessous des orifices (11 )S un écran (12) étant prévu pour chaque série de saillies (ll)o La configuration des écrans (12) assure la stabilisation de l'écoulement et la parfaite répartition du mélange intime airgaz avant que celui-ci arrive aux orifices (11 ). La hauteur (h) de chaque ondulation peut être de l'ordre de 3-10 m/m, par exemple, l'inclinaison ( tz ) des côtés latéraux pouvant varier entre 452 et 75 . La section des orifices (11 ) peut être entre 2 1 0,2 à 1 mm , par exemple, en fonction de la flamme que l'on désire obtenir. La faible section des orifices (il ) évite le risque de "rentrée de flamme".Dans tous les cas, les flammes sont courtes, stables et régulières. L'interallumage s'effectue de façon efficace et régulière. L'échauffement du matériau du brûleur (un métal approprié) est très faible. Les écrans (12) montés sur les parties (c) de l'ondulation (ou saillie) (11) permettent l'amélioration du refroidissement du plateau (16), tout en favorisant le préchauffage du mélange intime air-gaz avant son allumage, qui s'effectue au moyen d'un dispositif (13) fonctionnant par étincelle ou par flamme pilote Un dispositif (14) de contrôle sert à la surveillance de la présence effective de la flamme et asservit une électro-valve (15) ou analogue d'admission du gaz au brûleur. Le mode de réalisation du brûleur à gaz montré dans les figures 6 et 7 comporte une entrée d'air, un dispositif d'aspiration et de refoulement d'air (2), un dispositif injecteur du gaz (5) et une enceinte de prémélange pratiquement identiques à ceux montrés dans les figures 1, 2 et 4 concernant le premier mode de réalisation du brûleur. Comme pour ce premier mode de réalisation, l'enceinte de prémélange est reliée de façon étanche à la sortie du dispositif fournisseur d'air sous pression (2), et le dispositif d'injection du gaz (5) est disposé à ltentrée de l'enceinte de prémélange, à l'endroit où sa section est la plus faible. Lt,air refoulé par le dispositif (2) s'écoule dans l'enceinte de prémélange (100) selon la flèche (fi1). Le volume de l'enceinte (100) augmente progressivement; sa hauteur (H) reste sensiblement constante tandis que les parois (17) divergent. A l'extrémité de l'enceinte (100), qui est opposée à celle par laquelle est refoulé l'air sous pression, au moins un déflecteur (19) dévie le mélange air-gaz selon la flèche (f2') dans une enceinte (18) ou s'effectue le mélange intime air-gaz.Au moins un déflecteur (110) dirige ce mélange intime vers les orifices (îiiî) de sortie (orifices de flamme) (iii) disposés de façon régulière dans la partie plane supérieure des saillies (lli) faisant- partie d'un corps tubulaire Ce corps tubulaire est monté de manière à ce que son extrémité inférieure est reliée de façon étanche à un caisson tubulaire (115) de l'enceinte (18) tandis que son extrémité supérieure est reliée à la partie supérieure dudit caisson (115) qui est fermé de façon étanche par un couvercle (116)o La face inferieure dudit couvercle (116) porte la base du déflecteur (110) qui est d'une forme généralement conique, et dont le sommet se trouve-dans la partie inférieure de l'enceinte (18)o La forme et la conicité de l'enceinte (110) est choisie de manière à ce que le mélange intime air-gaz arrive à une pression et une vitesse sensiblement identique à chacun des orifices (119 ) Des écrans stabilisateurs (i 12) sont montés fixes sur la paroi intérieure dudit corps tubulaire pourvu des saillies (111), sur toute la périphérie de la paroi, en dessous des saillies; un écran étant prévu pour chaque série de saillies (111)o La distance entre les centres des sommets de deux saillies ou ondulations (111) consécutives est choisie de façon à ce que les côtés latéraux des saillies (iii), ainsi que le corps tubulaire soient soumis à un échauffement minimal, Un dispositif (113) fonctionnant par étincelle ou par flamme pilote sert pour l'allu- mage du brûleur.Un dispositif (114) de controle sert à la surveillance de la présence effective de la flamme et asservit une électrovalve ou analogue d'admission du gaz au brûleur Le brûleur conforme à ce deuxième mode de réalisation peut etre positionné dans le foyer dans toute direction voulue, l'organe tubulaire pouvant être, par exemple, dirigé vers le bas Pour les deux modes de réalisation du brûleur conforme à l'invention, la hauteur de chaque saillie ou ondulation (11, 111) est entre 3 à 10 mm. La section des orifices (111 , 1111) 2 est entre 0,2 mm à 1,0 mm environ, en fonction de la flamme que l'on désire obtenir. La forme de ces orifices (1 1111) est choisie de façon à éviter le décrochement de la flamme lors du fonctionnement du brûleur. La conception monobloc du brûleur conforme à l'invention présente l'avantage d'une fabrication particulièrement économique par cloisonnement des caissons pour la canalisation des fluides, par exemple; le dispositif fournisseur d'air eomprimé étant disposé à l'intérieur du caisson. Cette conception "monobloc" permet également la meilleure et la plus aisée disposition de tous les dispositifs auxiliaires, tels que l'allumeur, l'électrovanne, etc.. Enfin, cette conception de brûleur permet de considérer chaque "monobloc" comme un module indépendant, plusieurs modules pouvant être associés pour la réalisation d'une surface de chauffe désirée et éventuellement mis en fonctionnement sélectivement. Enfin, la combustion est particulièrement silencieuse. De nombreuses modifications et améliorations peuvent être apportées aux brûleurs conformes à l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention0 REVENDICATIONS 1) Brûleur à gaz caractérisé en ce qu'il comporte les éléments suivants - un dispositif fournissant de l'air sous pression - un dispositif d'injection du gaz pourvu en amont d'un écran servant à créer un écoulement turbulent de l'air et par la suite du prémélange air-gaz au voisinage dudit dispositif d'injection s - une première enceinte de prémélange airwgaz à volume croissant à partir du dispositif d'injection du gaz précité pour l'obten- tion dgun prémélange gaz-air homogène dans une proportion stoechiométrique - au moins un premier système de déflecteur du pré mélange air-gaz; - une deuxième enceinte pour la création d'un mélange intime air gaz ;; - au moins un deuxième système de déflecteur dudit mélange intime air-gaz - des écrans stabilisateurs du mélange intime air-gaz qui sont situés au voisinage des orifices de sortie dudit mélange ; - un organe monté fixe au moins partiellement sur ladite deuxième enceinte, ledit organe comportant des saillies sous forme de rampes, qui sont disposées sensiblement parallèlement les unes aux autres, le sommet de chaque saillie étant pourvu d'orifices, dont chacun a une section relativement faible, pour le passage dudit mélange intime air-gaz p ce mélange étant allumé à la sortie des dits orifices pour donner des flammes courtes, stables et régulières sur toute la longueur de chaque saillie (ou rampe) précité. 2) Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif fournissant de l'air sous pression est un ventilateur ou un pulseur d'air, ou une turbine-ventilateur mû par un moteur électrique étanche. 3) Brûleur selon la revendication i ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'écran servant à créer un écoulement turbulent de l'air au voisinage dudit dispositif d'injection est monté fixe sur ce dernier. 4) Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite enceinte de prémélange est reliée de façon étanche à la sortie du dispositif fournisseur d'air sous pression. 5) Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'injection du gaz est disposé à l'entrée de l'enceinte de prémélange, à l'endroit où sa section est la plus faible. 6) Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur de l'enceinte de prémélange reste constante tandis que sa section croit de façon continue. 7) Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite deuxième enceinte est placée adjacente à ladite première enceinte, au moins un déflecteur dudit deuxième système de déflecteur étant disposé de façon à ce que chacun des orifices précités soit alimenté d'une égale quantité du mélange intime air-gaz à une pression sensiblement égale et constante. 8) Brûleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe est un plateau ayant la configuration générale d'une tôle ondulée, les ondulations étant équidistantes les unes des autres, chaque ondulation ayant une section de la forme d'un trapèze équilatéral, les sommets des ondulations correspondant à la petite base du trapèze constituart rampes et étant pourvues d'orifices relativement petits et régulièrement espacés. 9) Brûleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distance entre les centres des sommets de deux ondulations (rampes) consécutives est choisie de façon à ce que les côtés latéraux inclinés des saillies soient soumis à un échauffement minimal. 10) Brûleur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les écrans stabilisateurs sont montés fixes sur ledit plateau sur toute sa largeur, en dessous des rampes de saillies, un écran étant prévu pour chaque série de saillies. 11) Brûleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite deuxième enceinte est réalisée sous forme dgun corps tubulaire qui est situé à l'extrémité opposée à celle par laquelle est refoulé l'air sous pression; ledit organe, qui peut avoir la forme générale d'un cylindre, est fermé à liune de ses extrémités est relié par sa base à ladite deuxième enceinte; la paroi dudit organe tubulaire a la contigu ration générale d'une tôle ondulée, les ondulations (rampes) étant équidistantes les unes des autres sur la périphérie dudit organe, chaque ondulation ayant une section trapézoidale dont la grande base est une partie d'un cercle et dont les cotés sont d'égales longueur, les sommets desdites ondulations (rampes) dirigées vers l'extérieur étant planes et sensiblement droites sont pourvues d'orifices relativement petits et régulièrement espacés e 12) Brûleur selon la revendication 11, caractérisé en cé qu'au moins un déflecteur dudit deuxième système de déflecteur ayant une forme généralement conique est disposé dans ledit support de facon à ce que le sommet du cône soit si-tué dans ladite deuxième enceinte ou dans la partie basse dudit organe, tandis que la base du cône est constitué par au moins une partie circulaire de la fermeture de ladite extrémité de la deuxième enceinte, qui est adjacente audit organe 13) Brûleur selon la revendication 11 ou la revendica- tion 12, caractérise en ce que la distance entre les centres des sommets de deux ondulations consécutives est choisie de façon à ce que les côtés latéraux inclinés des saillies soient soumis a un échauffement minimal 14) Brûleur selon l'une des revendications il à 13, caractérisé en ce que les écrans stabilisateurs sont montés fixes sur la paroi intérieure dudit organe tubulaire sur toute sa périphériev en dessous des saillies; un écran étant prévu pour chaque sens de saillies0 15) Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur de chaque ondulation est entre 3-10 m/m, l'inclinaison des côtés latéraux des ondulations étant entre 450 à 75 O 16) Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section desdits orifices est entre 2 0,2 à 1,0 mm , en fonction de la flamme qua l'on désire obtenir. 17) Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme des orifices est choisie de façon à éviter le décrochement de la flamme lors du fonctionnement du brûleur.