Brevet FR2560666A1 — publié le 19850906

L'invention concerne un brûleur à gaz compre- nant une arrivée de gaz combustible et un dispositif d'allumage destiné à allumer le mélange gazeux inflamma- ble. Lorsqu'on veut porter un gaz à une haute tempé- rature au moyen d'un brûleur à gaz, on se heurte à des difficultés dans le cas des brûleurs à gaz classiques lorsqu'on doit couvrir de grands intervalles de pression et de grands intervalles de température. La plupart des brûleurs à gaz connus ne peuvent être utilisés que pour des valeurs de pression et de température bien détermi- nées. Le but de la présente invention est de créer un brûleur à gaz au moyen duquel on puisse chauffer un gaz dans de grands intervalles de température et de pres- sion. Selon l'invention, ce problème est résolu dans le cas d'un brûleur à gaz du genre décrit au début par le fait que le brûleur présente un évidement s'élargis- sant avec une forme conique dans la pointe duquel débou- che un conduit d'arrivée acheminant un gaz combustible, que l'orifice de débouché est entouré d'une pluralité d'ouvertures d'entrée donnant passage au gaz à réchauf- fer, qui sont formées par des canaux d'arrivée du gaz à réchauffer qui traversent les parois de l'évidement coni- que dans une direction parallèle à l'axe, et que, dans la région comprise entre l'orifice de débouché et les ou- vertures d'entrée, prend naissance un canal latéral qui est dérivé sur l'évidement et mène au dispositif d'allu- mage. On a constaté avec surprise que ce dispositif simple résout d'excellente façon le problème qui est à la base de l'invention. En particulier, on a obtenu avec un dispositif de ce genre une excellente sécurité d'allu- mage, le dispositif d'allumage, par exemple une bougie à incandescence, se trouvant avant l'allumage en contact étroit avec le mélange inflammable, lequel est amené de l'orifice de débouché au dispositif d'allumage par le ca- nal latéral. La présence des ouvertures d'entrée qui en- tourent l'orifice de débouché dans la paroi conique, don- ne un blocage aérodynamique du courant de gaz combusti- ble, c'est-à-dire que le gaz combustible sortant par cet orifice ne peut pas s'écouler librement dans la chambre de combustion qui fait suite à l'évidement conique mais est au contraire retenu dans cette zone. Sous cet effet, le gaz combustible pénètre également suffisamment loin dans un étroit canal dérivé qui mène à un dispositif d'allumage pour qu'il soit possible d'obtenir l'allumage avec sécurité. On a constaté en outre avec surprise que, dès que l'allumage s'est produit, le mélange inflammable n'atteint plus le dispositif d'allumage, c'est-à-dire qu'après l'allumage, le mélange inflammable est conduit directement dans la chambre de combustion, en passant à côté du canal dérivé latéralement, et y est brûlé. Par ailleurs, on a constaté qu'avec un tel dispositif, on peut également éviter efficacement un retour de flamme, c'est-à-dire que, grace aux ouvertures d'entrée latéra- les formées dans l'évidement conique, le front de flamme peut être localisé en aval de l'orifice de débouché sans qu'il n'y ait de risque de retour de flamme. Le blocage aérodynamique du gaz combustible qui a été mentionné plus haut présente en outre le grand avantage de permettre de disposer un tel brûleur à côté d'un brQleur en service et que le brûleur en service n'allume cependant pas le brûleur non en service puis- que, en raison de ce blocage aérodynamique, les gaz com- bustibles du brûleur non en service ne peuvent pas pénè- trer librement dans la chambre de combustion. Ceci garan- tit que, même dans le cas de l'utilisation d'une plurali- té de brûleurs -à gaz, on est certain que l'allumage de chaque brûleur à gaz se produit exclusivement sous l'ac- tion du dispositif d'allumage qui lui est directement as- socié. Par ailleurs, on est certain que le dispositif d'allumage ne s'échauffe pas puisque le front de flamme est localisé en aval du canal menant au dispositif d'al- lumage. De cette façon, le dispositif d'allumage n'est absolument pas sollicité ni usé en service. - Dans une forme préférée de réalisation, il est prévu que l'orifice de débouché est relié à un canal de mélange qui est entouré par les canaux d'arrivée achemi- nant le gaz à réchauffer qui s'étendent parallèlement à ce canal de mélange. Dans cette construction, des con- duits d'entrée acheminant deux constituants différents du gaz combustibles peuvent déboucher dans le canal de mélange. Dans cette construction, il est avantageux qu'un conduit d'entrée débouche dans le canal de mélange par une buse d'injecteur tandis que l'autre conduit pénè- tre dans le canal de mélange dans la région d'aspiration de cette buse d'injecteur. De cette façon, l'un des cons- tituants du gaz combustible entraîne l'autre constituant dans le canal de mélange, de sorte qu'il se produit un écoulement turbulent qui conduit à un mélange homogène. Dans une forme de réalisation préférée, il est prévu que les canaux d'arrivée sont en communication avec un conduit d'alimentation qui mène le gaz à réchauf- fer d'une chambre d'échange de chaleur adjacente à la chambre de combustion placée en aval de l'évidement coni- que aux canaux d'arrivée. De cette façon, le gaz à ré- chauffer est déjà préchauffé avant de pénétrer dans l'évidement à travers les canaux d'arrivée. Il est avan- tageux que l'évidement conique, de même que les canaux d'arrivée, se trouve dans un corps de brûleur qui est encastré dans un carter qui mène le gaz à réchauffer aux canaux d'arrivée. De cette façon, il est possible de rem- placer facilement le corps du brûleur. Le corps du brûleur est de préférence fait d'un métal possédant une bonne conductibilité thermique, de sorte que le gaz à réchauffer introduit dans le carter peut refroidir efficacement le corps du brûleur. Les deux constituants du gaz combustible peu- vent être, par exemple, l'hydrogène et l'oxygène et ces constituants sont de préférence acheminés dans un rap- port stoechiométrique. Dans une forme préférée de réalisation, il est prévu en outre un conduit de dérivation, qui introduit le gaz combustible ou des parties de ce gaz, dans la chambre de combustion qui fait suite à l'évidement coni- que en aval des ouvertures d'entrée. Ceci permet d'intro- duire de plus grandes quantités de gaz combustible dans la chambre de combustion sans que la vitesse d'écoule- ment dans le canal de mélange et dans l'orifice de débou- ché ne s'accroisse suffisamment pour devenir supérieure à la vitesse de propagation de la flamme. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une vue en coupe d'un brûleur à gaz comportant un blocage aérodynamique des gaz; la figure 2 est une vue en coupe à échelle agrandie d'un brûleur à gaz, prise selon la ligne II-II de la figure 3; et la figure 3 est une vue du brûleur à gaz de la figure 2,.prise dans le sens de la flèche B. Le brûleur représenté sur le dessin comprend un corps de brûleur cylindrique 1 fait d'un métal bon con- ducteur de la chaleur et qui comprend un perçage longitu- dinal central formant un canal de mélange 2, lequel pré- sente un évasement 3 en forme d'entonnoir sur son côté d'entrée tandis qu'à son extrémité de sortie, il débou- che dans la pointe d'un évidement 4 qui s'élargit avec une forme conique ou en entonnoir. Le canal de mélange 2 est entouré de plusieurs canaux d'arrivée 5 qui s'éten- dent parallèlement à ce canal dans le corps du brûleur, et qui présentent à leurs extrémités supérieures des per- gages 6 qui mènent radialement vers l'extérieur. Les ca- naux d'arrivée 5 débouchent-dans la paroi inclinée de l'évidement conique 4 et, là, ils forment une série d'ou- vertures d'entrée 7 qui entourent l'orifice 8 de débou- ché du canal de mélange 2 dans l'évidement 4 (figures 2 et 3). Dans l'exemple de réalisation représenté, il est prévu six canaux d'arrivée 5, mais ce nombre peut être modifié. Dans la région comprise entre l'orifice de dé- bouché 8 et les ouvertures d'entrée 7, un canal 9 dirigé radialement vers l'extérieur est dérivé sur l'évidement 4 et mène jusqu'à la circonférence extérieure du corps 1 du brûleur. Le corps 1 du brûleur est encastré dans un per- çage traversant 11 d'un carter 10 et il prend appui sur ce carter par un épaulement annulaire 12. Le carter for- me une chambre de combustion 13 qui se raccorde à l'évi- dement conique 4 du corps 1 du brûleur et présente une forme évasée, et il forme une chambre d'échange de cha- leur 14 qui entoure cette chambre de combustion et qui est en communication, par l'intermédiaire d'un conduit qui s'étend parallèlement à l'axe du corps du br - leur, avec une chambre annulaire 16 entourant le corps du brûleur, à l'extrémité supérieure du carter. Cette chambre annulaire 16 est ouverte vers le corps du brû- leur et est disposée de manière qu'il s'établisse une liaison entre cette chambre annulaire 16 et les canaux d'arrivée 5 par l'intermédiaire des perçages 6. De cette façon, le gaz qui arrive à travers la chambre d'échange de chaleur 14 peut pénétrer dans les canaux d'arrivée 5 en passant par le conduit 15 et par la chambre annulaire 16 et parvenir, par l'intermédiaire des ouvertures d'en- trée 7, dans l'évidement conique et dans la chambre de combustion qui y fait suite. Par ailleurs, il est prévu dans le carter une chambre latérale 17 destinée à recevoir une bougie à in- candescence 18; cette chambre est en communication avec le canal 9 ménagé dans le corps 1 du brfileur. Sur la face supérieure du corps 1 du brûleur est embotté un couvercle de dosage 19 qui présente un perçage traversant central 20, lequel se termine par une buse d'injecteur 21 et plonge dans l'évasement 3 du ca- nal de mélange 2. Cette buse d'injecteur 21 est reliée à une chambre annulaire 22 qui est en communication avec l'évasement du canal de mélange, cette chambre menant à une ouverture d'entrée 23 disposée latéralement sur la face supérieure du couvercle de dosage. Sur la face oppo- sée, le couvercle de dosage présente une tubulure 24 qui fait saillie vers le bas à côté du corps du brûleur et qui plonge dans un perçage étagé 25 ménagé dans le car- ter 10. Un perçage 26 qui traverse la tubulure débouche dans un conduit de dérivation 27 formé dans le carter 10 et qui mène à une ouverture de sortie 28 formée dans la paroi du corps du brûleur, en aval de l'évidement coni- que. Le couvercle de dosage 19 est coiffé par un cha- peau 29. Ce dernier présente, sur sa face supérieure, deux raccords de gaz 30 et 31, le raccord 30 étant en communication avec la chambre annulaire 22, et l'autre raccord 31 avec une chambre de distribution 32 qui, à son tour, est en communication, d'une part, avec le per- çage 20 de la buse d'injecteur 21 et, d'autre part, avec le perçage 26 formé dans la tubulure 24. Deux conduites 33 et 34 prenant respectivement naissance dans le rac- cord de gaz 30 et dans la chambre de répartition 32 par- tent latéralement du chapeau et mènent à des instruments de mesure de la pression non représentés sur le dessin. Le chapeau 29 est serré contre le carter 10 par des vis 35, le corps du brûleur étant également maintenu emmanché dans le carter et fixé dans ce dernier avec in- terposition du couvercle de dosage 19. En utilisation, de l'hydrogène est acheminé par le raccord de gaz 30 et de l'oxygène par le raccord de gaz 31. Par ailleurs, on achemine également, par l'inter- médiaire de la chambre d'échange de chaleur 14, un gaz à réchauffer, par exemple de l'air, qui pénètre de cette façon dans la chambre de combustion en passant par les canaux d'arrivée 5. L'oxygène passant dans la buse d'injecteur 21, et qui est acheminé à travers le raccord de gaz 31 et par l'intermédiaire de la chambre de distribution 32, en- traîne de l'hydrogène pris dans la chambre annulaire 22 et qui se mélange intimement à l'oxygène dans le canal de mélange 2 qui y fait suite, de sorte qu'à l'orifice de débouché 8, il sort un mélange hydrogène-oxygène qui est de préférence stoechiométrique, grace à un dosage ap- proprié. Avant l'allumage, ce gaz combustible sortant par cet orifice, est empêché de sortir librement par le gaz à réchauffer qui sort par les ouvertures d'entrée 7, c'est-à-dire qu'il se produit un blocage aérodynamique. De cette façon, le gaz combustible parvient à la bougie à incandescence 18 en passant par le canal 9 et peut être enflammé au droit de cette bougie. Immédiatement après l'allumage, la flamme se propage vers l'aval, dans la chambre de combustion qui fait suite à l'évidement co- nique et, en raison de la construction du corps du brû- leur, il n'y a aucun risque pour que la flamme se propa- ge en arrière. En particulier, la bougie à incandescence n'est atteinte ni par la flamme ni par aucune fraction du mélange gazeux combustible, de sorte que la bougie à incandescence reste froide et qu'il ne peut plus se pro- duire d'autres actions d'allumage lorsque la bougie d'al- lumage a enflammé le mélange gazeux une première fois. Au moyen du conduit de dérivation, on peut ache- miner au gaz en combustion une quantité supplémentaire d'oxygène, de sorte que ce dernier peut être brûlé en supplément dans la chambre de combustion. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans sortir du cadre de l'invention. R EV E N D IC ATI ONS 1 - Brûleur à gaz comprenant une arrivée pour le gaz combustible et un dispositif d'allumage destiné à allumer le mélange gazeux inflammable, caractérisé en ce que le brûleur présente un évidement (4) s'élargissant avec une forme conique, dans la pointe duquel débouche un conduit d'arrivée (canal de mélange 2) acheminant un gaz combustible, en ce que l'orifice de débouché (4) est entouré d'une pluralité d'ouvertures d'entrée (7) don- nant passage au gaz à réchauffer, qui sont formées par des canaux (5) d'arrivée du gaz à réchauffer qui traver- sent les parois de l'évidement conique (4) dans une di- rection parallèle à l'axe et en ce que, dans la région comprise entre l'orifice de débouché (8) et les ouvertu- res d'entrée (7), prend naissance un canal latéral (7) qui est piqué sur l'évidement (4) et mène au dispositif d'allumage (18). 2 - Brûleur à gaz selon la revendication 1,.ca- ractérisé en ce que l'orifice de débouché (8) est relié à un canal de mélange (2) qui est entouré par les canaux d'arrivée (5) acheminant le gaz à réchauffer et qui s'étendent parallèlement à ce canal de mélange. 3 - Brûleur à gaz selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que, dans le canal de mélange (2), débou- chent des conduits d'entrée (buses d'injecteur 21; cham- bre annulaire 22) acheminant deux constituants diffé- rents du gaz combustible. 4 - Brûleur à gaz selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce qu'un conduit d'entrée (20) débouche dans le canal de mélange (2) par une buse d'injecteur (21) tandis que l'autre conduit pénètre dans le canal de mélange (2) dans la région d'aspiration de cette buse d'injecteur (21). - BrQleur à gaz selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les canaux d'arrivée (5) sont en communication avec un conduit d'alimentation (15) qui mène le gaz à réchauffer,d'une chambre d'échan- ge de chaleur (14) adjacente à la chambre de combustion placée en aval de l'évidement conique (4), aux canaux d'arrivée (5). 6 - Brûleur à gaz selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que l'évidement conique (4) et les canaux d'arrivée (5) se trouvent dans un corps de brûleur (1) qui est encastré dans un carter (10) qui amène le gaz à réchauffer aux canaux d'arrivée (5) . 7 - Brûleur à gaz selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que le corps (1) du brQleur est fait d'un métal possédant une bonne conductibilité thermique. 8 - Brûleur à gaz selon l'une quelconque des re- vendications 3 à 7, caractérisé en ce que les deux cons- tituants du gaz combustible sont l'hydrogène et l'oxygè- ne. 9 - Brûleur à gaz selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'il y est prévu un conduit de dérivation (27) qui introduit le gaz combustible ou des parties de gaz dans la chambre de com- bustion qui fait suite à l'évidement conique (4), en aval des ouvertures d'entrée (7).