Brevet FR2478265A1 — publié le 19810918

- 1 - La présente invention se rapporte à un brûleur à prémélange d'air et de gaz soufflé pour chaudières domestiques de chauf- fage central à eau chaude du type étanche. On sait que ce type de brûleur se compose souvent d'un élément cylindrique perforé, obturé à une extrémité et ouvert à l'autre, à l'intérieur duquel est admis un mélange de gaz et d'air sous pression fourni par un ventilateur situé en amont dudit élément. Dans ces brûleurs connus, la vitesse du mélange dans l'élément n'est pas constante et la pression statique régnant à l'extérieur de l'élément quand le mélange air- gaz est brûlé n'est pas uniforme. Par conséquent, l'écoulement du mé- lange au travers des perforations de mnme que la hauteur des flammes accrochées sur le pourtour du cylindre ne sont pas uniformes. De plus ces brûleurs fonctionnent toujours avec un certain excès d'air ce qui diminue la vitesse de déflagration et aug- mente les possibilités de soufflage des flammes notamment pour les gaz dont la vitesse de déflagration propre est très faible. On voit donc que dans ce genre de brûleurs, il est nécessaire de prévoir d'une part un dispositif qui permette de maintenir une vitesse constante d'écoulement du mélange gaz-air à l'in- térieur du brûleur pour établir une pression statique uniforme à l'extérieur de la paroi o le mélange gaz-air est brûlé et d'autre part un dispositif d'accrochage des flammes. A cet effet, on connait un brûleur à prémélange qui se compose d'un corps tubulaire percé de trous lisses uniformément répar- tis sur toute la périphérie de ce corps à l'intérieur duquel est placé un grillage à mailles fines pour l'accrochage des flammes. De plus une gaine cylindrique percée de trous ré- partis sur toute sa longueur est également positionnée à l'in- térieur du corps tubulaire pour une répartition régulière du mélange air-gaz. - 2 - Ce brûleur est donc extrêmement compliqué et d'un prix de revient élevé, car il nécessite l'emploi de trois éléments concentriques. Par ailleurs, on ne peut obtenir les mêmes vitesses horizontales du mélange gazeux à la partie supérieure et à la partie inférieure du brûleur avec une gaine cylindrique dont les trous ont le méme diamètre en haut et en bas. On connaît également un brûleur formé par une tôle métallique perforée, agencée sous la forme d'un cylindre obturé à une extré- mité et alimenté en mélange gaz-air par l'autre extrémité ouverte. Une boite conique dont la pointe est orientée vers l'arrivée du mélange à la base du brûleur, est placée à l'intérieur du cylin- dre pour maintenir une vitesse constante du mélange. Pour que l'effet de cette boite conique soit efficace, Il faut que l'écou- lement du mélange combustible entre le cylindre et le cône soit uniforme. Il est donc nécessaire de créer une perte de charge Importante qui ne peut être réalisée que par un filtre supplé- mentaire disposé à l'entrée du cylindre. D'autre part le cylindre a des perforations aussi petites que possible pour éviter le retour de flammes; mais ces perforations doivent malgré tout avoir des dimensions suffisantes pour éviter le soufflage de la flamme notamment dans le cas o l'on utilise des gaz à très faible vitesse dé propagation de flammes. L'invention a pour objet un brûleur cylindrique à prémélange d'air et de gaz soufflé, qui évite ces inconvénients en ce qu'il permet un excellent accrochage des flammes et une répartition uniforme du mélange gazeux dans le brûleur tout en diminuant le nombre d'éléments constituant ce brûleur. Suivant l'invention, le brûleur à prémélange comporte des ori- fices de sortie de flammes obtenues par poinçonnage du métal et repoussage desbordures de l'orifice en saillies ou dentelures vers l'extérieur pour former des crevés répartis sur toute la périphérie d'un corps tubulaire afin que les flammes s'accro- chent à ces saillies. Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, on - 3 dispose à l'intérieur du corps tubulaire une surface perméable en forme de tronc de cône perforé par exemple du genre d'un tissu métallique dont la petite base est orientée vers la par- tie fermée du brleur et dont la grande base est ouverte vers l'arrivée du mélange pour transformer le mouvement longitudinal du mélange gazeux en mouvement radial uniforme. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clai- rement à la lecture de la description suivante en référence aux dessins annexés qui représentent: - figure 1: - figure 2: - figure 3: une vue schématique en perspective du brûleur conforme à l'invention. une vue en perspective a plus grande échelle des - sorties de flamme du brûleur. une vue schématique en coupe des orifices de sortie de flammes. - figure 4: une vue en coupe longitudinale du brêleur. - figure 5: - figure 6: une vue schématique montrent l'orientation et la permutation des orifices de sorties de flammes. une vue en perspective des sorties de flammes selon une variante de l'invention. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 4, le brleur est formé par un corps tubulaire 1 obturé & son ex- trémité supérieure par un disque 2 et alimenté en mélange gaz- air par l'autre extrémité ouverte. Le corps tubulaire 1 comporte, uniformément répartis sur toute sa périphérie, des orifices 3 de sortie de flamme qui ont la forme de triangles sensiblement équilatéraux. Ces orifices 3 sont obtenus au moyen d'une presse dont la matrice est plus grande que le poinçon de telle manière que le métal se déchire sans arrache- ment pour f0orer avec chaque orifice 3, trois saillies ou dente- lures 4 (figure 2) dont les pointes sont orientées vers l 'exté- rieur du corps tubulaire et sur lesquelles les élaguees viennent s'accrocher. 4- Au niveau de chaque orifice 3, on obtient ainsi un crevé pyrami- dal dont la profondeur est égale à fois le côté du triangle dudit orifice et représente-la distance moyenne de coincement afin d'éviter les retours de flamme. Les saillies 4 présentent des irrégularités et la hauteur des crevés 5 est variable afin d'avoir un point o la vitesse de l'écoulement gazeux est égale à la vitesse fondamentale de défla- gration. De plus on admet une irrégularité contrôlée dans les -dimensions des orifices 3 de façon à obtenir rigoureusement la surface totale exigée, mais avec des orifices présentant dans leurs dimensions des tolérances telles que les vitesses de sortie du mélange gazeux par orifice différent. L'espace 'b' (figure 3) entre la base et le sommet de chaque saillie 4 d'un même orifice 3 est compris entre 0,3 et 1,3 mm et la hauteur des saillies est comprise entre 1,5mm et 2 mm. En se reportant à la figure 5, on voit que les crevés 5 forment des rangées longitudinales inclinées et symétriques. Les pointes des orifices 3 de sorties de flamme subissent une permutation cir- culaire de telle manière que les intervalles "a" entre chaque sor- tie de flamme adjacentes soient essentiellement irréguliers. Les flammes 7 (figure 3) étant rapprochées les unes aux autres et en pression, il se crée entre chaque sortie de flamme 3, une dépression qui est accentuée par la permutation circulaire des orifices ce qui provoque des turbulences par divergence de l'écou- lement à la base des flammes et par conséquent des tourbillons 8 qui amènent une mise en recirculation et une réintroduction de gaz et de produits de combustion chauds provenant des parties de la flamme située plus en aval comme indiqué par la référence 9 sur la figure 3. Cela a pour effet d'augmenter la vitesse fonda- mentale de déflagration à cet endroit et d'assurer une grande plage de stabilité de flamme. A l'intérieur du corps tubulaire 1, est placé un organe 20 qui transforme le mouvement longitudinal du mélange gazeux en mouve- ment radial uniforme. Cet organe 20 a une surface de révolution - 5 - dont la génératrice peut s'exprimer par une équation de la forme S = AxR + K o A, K et n sont respectivement des paramètres et un exposant qui prennent en compte les caractéristiques physiques des fluides et les pertes de charge, S la surface intérieure, et x la hauteur. Des considérations mathématiques et physiques liées à la recherche d'une plus grande facilité de réalisation permettent de tronquer le sommet très plat de cette courbe génératrice. Les branches restantes symétriques par rapport à un axe peuvent dès lors être assimilées à deux droites, et la surface de révolution prend donc la forme d'un tronc de cône, dont les diamètres d1 de la petite base et d2 de la grande base sont reliés par la relation dl d2 2 x A1 étant un nouveau paramètre résultant de la transformation précédente et qui tient compte des caractéristiques physiques des fluides et des pertes de charge. Cette simplification aboutit ainsi a unebien plus grande facilité de réalisation sans pour autant perturber la transformation de la vitesse longitudinale en vitesse radiale du mélange gazeux et l'uniformité des pressions. Ce tronc de cône réalisé en tissu métallique fin a sa petite base orientée vers la partie supérieure du corps tubulaire 1 et sa grande base sensiblement de même diamètre que ledit corps, de telle sorte que la totalité du mélange d'air et de gaz soit obligé de passer par les trous du tissu métallique pour atteindre le corps tubulaire 1. Il permet, dans le cas du mouvement turbulent rugueux du mélange gazeux, de transformer la vitesse verticale de ce mélange en vitesse horizontale uniforme sur toute la longueur du corps tubulaire. De plus, il sert d'ultime barrière au retour de flamme. Selon une variante de l'invention représentée à la figure 6, les orifices 10 de sorties de flamme sont circulaires et entourés - 6 - Chacun de deux saillies ou dentelures 11 de façon à constituer avec lesdits orifices des crevés cylindriques 12. Ce brûleur cylindrique à prémélange d'air et de gaz soufflé présente de nombreux avantages. Tout d'abord, il permet d'éviter le soufflage et le retour de flamme par l'intermédiaire d'une part des saillies irré- gulières ou dentelures au niveau de chaque orifice qui aug- mentent l'effet de coincement des flammes et d'autre part par la forme et la hauteur variable des crevés qui augmentent l'effet de paroi contre le retour de flamme. Ensuite, il permet d'avoir une uniformité du champ des vitesses d'écoulement du mélange gazeux. Tous ces avantages sont obtenus en utilisant seulement un corps tubulaire et un tronc de cône. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais en englobe.également toutes les variantes cons- tructives. -7- R EV EN D I CAT I ONS 1 Brûleur cylindrique à prémélange d'air et de gaz soufflé comprenant des orifices de sorties de flamme uniformément répartis caractérisé par le fait que les orifices (3-10) de sorties de flamme ont leurs bordures rabattues vers l'ex- térieur du cylindre pour former des saillies irrégulières ou dentelures (4-11) constituant avec lesdits orifices des crevés (5-12) répartis sur toute la périphérie du corps tubulaire (1) pour l'accrochage des flammes et par le fait que l'on dispose à l'intérieur-dudit corps tubulaire un organe (20) transformant le mouvement longitudinal du mélange gazeux en mouvement radial uniforme. 2 / Brûleur que les et sont tituant / Brûleur que les et sont tituant selon la revendication 1 caractérisé par le fait. orifices (3)de sorties de flamme sont triangulaires entourés de trois saillies ou dentelures (4) cons- avec lesdits orifices des crevés pyramidaux (5). selon la revendication 1 caractérisé par le fait orifices (10) de sorties de flamme sont circulaires entourés de deux saillies ou dentelures (11) cons- avec lesdits orifices de crevés cylindriques (12). 4 / Brûleur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les languettes ou dentelures (4-11) résultant des crevés (5-12) ont une hauteur variable et sont orientés différemment d'une rangée à l'autre. / Brûleur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les orifices (3) ont une forme se rapprochant de triangles équilatéraux. 6 / Brûleur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'intervalle "a" entre les pointes des orifices (3) de sorties de flamme adjacentes est variable. / Brûleur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'espace "b" entre la base et le sommet de chaque saillie ou dentelure (4)d'un même orifice (3) est compris entre 0,3 et 1,3 mm. 80/ Brûleur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la hauteur des saillies ou dentelures (4-11) est com- prise entre 1,5 mm et 2 mm. / Brûleur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'organe (20) intérieur au corps tubulaire (1) est une surface perméable en forme de tronc de cône perforé dont la petite base est orientée vers la partie fermée du corps tubulaire (1) et dont la grande base est ouverte vers l'arri- vée du mélange gazeux. / Brûleur selon la revendication 9 caractérisé par le fait que le rapport du diamètre di de la petite base sur le diamètre d2 de la grande base du tronc de cône répond sensi- blement à l'expression: % - d dl d2 = Ai - 2 x ou A1 est un paramètre tenant compte des caractéristiques physiques des fluides et des pertes de charge et x la hauteur du tronc de cône. / Brûleur selon la revendication 9 caractérisé par le fait que le tronc de cône est réalisé en tissu métallique fin.