Brevet FR2628826A1 — publié le 19890922

RÉPUBLIQUE FRAN AISE 0 N de publication: 2 628 826 (à n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE.zo"n DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE NI d'enregistrement national 88 036 I 8 PARIS ( Int Ci': F 23 D 14/02, 14/62, DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 Date de dépôt: 21 mars 1988. ( Demandeur(s): CHAFFOTEAUX ET MAURY, Société anonyme. - FR. Q Priorité: ( Inventeur(s): Joseph Le Mer. ( Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets" no 38 du 22 septembre 1989. ) Références à d'autres documents nationaux appa- rentés: rt Titulaire(s): G Mandataire(s) Cabinet Plasseraud. ( Perfectionnements aux brûleurs à gaz. Un brûleur à gaz du type distribuant à travers des aju- tages multiples 12 les flammes 13 engendrées par la combus- tion d'un gaz combustible sous pression dans l'air comprend 12 3 une boîte à air 1 connectée à une source d'air sous pression 18 /'... / " et dont une paroi 3 est perforée par un grand nombre XE- '.. d'orifices 5 rapprochés. une nourrice à gaz 7 connectée à une 17 i source de gaz combustible sous.pression, cette nourrice étant ( (__.. agencée et disposée à l'intérieur de la boîte à air de façon à ' _ _ q présenter une paroi 10 parallèle à la paroi perforée de cette boîte et suffisamment écartée de celle-ci pour que l'air puisse - /..22 circuler librement entre les deux parois 3, 10. et une pluralité 2 d'aiguilles creuses 11 reliant chacune l'intérieur de la nourrice,- ! t 20 7 à la zone centrale d'un trou 5 de la paroi perforée 3 de N flamme. oe 0O N IO oe oLL DVente des fascicules à rl'MPRIMERIE NATIONALE. 27. rue de la Convention -- 75732 PARIS CEDEX 15 Perfectionnements aux brûleurs à qaz. L'invention est relative aux brûleurs à gaz du type distribuant à travers des ajutages multiples les flammes engendrées par la combustion d'un gaz combus- tible sous pression dans l'air. De tels brûleurs équipent par exemple les chauffe-eau, les chauffe-bains, les chaudières de chauf- fage central domestiques ou industrielles, les cuisinie- res,... Dans les modes de réalisation connus de ces br2 leurs, les ajutages sont en général répartis le long d'une rampe rectiligne définissant l'ouverture de sortie d'une coquille plate alimentée en gaz combustible. L'alimentation en gaz des différents ajutages d'une telle rampe est hétérogène du fait qu'elle privi- légie ceux, de ces ajutages, qui se trouvent à proximité et en regard de l'orifice d'admission du gaz dans la coquille. De plus, l'air comburant utilisé pour la combus- tion étant partiellement prélevé à la sortie des ajuta- ges, le pourcentage de cet air dans le mélange brûlé est plus élevé pour les flammes extrêmes de la rampe et de toute façon il n'est guère possible de doser ce pourcen- tage pour conférer au mélange à brûler au niveau de cha- que flamme la composition stoechiométrique idéale con- duisant à la présence d'un pourcentage minimum, voir nul, de gaz toxiques indésirables, et notamment d'oxyde de carbone, dans les produits de la combustion. Il est en outre difficile de régler dans une large gamme la puissance calorifique d'un brûleur du genre en question, vu la nécessité d'éviter, pour les faibles puissances, l'extinction de certaines flammes par rentrée de celles-ci vers l'amont des ajutages de distribution et, pour les puissances élevées, l'extinc- tion de certaines flammes par décollement de celles-ci vers l'aval. L'invention a pour but, surtout, de remédier à ces différents inconvénients. A cet effet, les brûleurs à gaz du genre en question selon l'invention sont essentiellement caracté- risés en ce qu'ils comprennent une boite à air connectée à une source d'air sous pression et dont une paroi est perforée par un grand nombre d'orifices rapprochés, une nourrice à gaz connectée à une source de gaz combustible sous pression, cette nourrice étant agencée et dispos.ée à l'intérieur de la boite à air de façon à présenter en regard de la paroi perforée de la boite une paroi suffi- samment écartée de cette paroi perforée pour que l'air puisse circuler librement entre les deux parois, et une pluralité d'aiguilles creuses reliant chacune l'inté- rieur de la nourrice à la zone centrale d'un trou de la paroi perforée de façon à définir avec ce trou un site de production de flamme. Dans des modes de réalisation préférés, on a re- cours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - la paroi, de la nourrice, disposée en regard de la pa- rol perforée de la boîte, est parallèle ou sensible- ment parallèle à cette paroi perforée, - la boite à air présente la forme générale d'une ga- lette cylindrique et la nourrice, celle d'un anneau creux coaxial à la boite, - - chaque aiguille débouche à un niveau compris entre le plan définissant localement la surface extérieure de la paroi perforée de la boite à air et un plan paral- lèle au précédent et disposé à une petite distance, vers l'intérieur de cette boite, du plan définissant localement la surface intérieure de ladite paroi per- foree, - la paroi perforée de la boite et la paroi, de la nour- rice, en regard de cette paroi perforée, sont écartées entre elles d'une distance de l'ordre du cm, le diame- tre de chaque trou de la paroi perforée est de l'ordre de 4 mm, le diamètre intérieur de chaque aiguille est de l'ordre de 0,6 mm à 0,7 mm, son diamètre extérieur étant de l'ordre de 1,2 à 1,4 mm et la distance entre les axes des aiguilles voisines est.de l'ordre de 6 à 8 mm, - un petit fil métallique est rapporté sur la face exté- rieure de la paroi perforée de la boite de façon a s'étendre diamétralement en travers de chaque orifice aux fins d'accrochage des flammes, - les orifices évidés dans la paroi perforée de la boite sont délimités par des lamages du côté extérieur de cette paroi, - les orifices évidés dans la paroi perforée de la boîte sont réunis entre eux par des rainures creusées dans la face extérieure de cette paroi, - la zone trouée de la paroi perforée de la boîte est limitée à sa périphérie par une suite de petits trous traversant cette paroi de part en part et débouchant extérieurement au pied d'un rebord faisant saillie extérieurement sur la paroi, - la face, de la paroi perforée de la boite, intérieure à cette boite, est évidée à proximité immédiate de chaque orifice par au moins une entrée d'air propre à imprimer un mouvement rotatif à l'air admis dans cet orifice, - la paroi perforée de la boite est constituée en une céramique moulée. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-apres. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de realisation préféré. de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limita- tive. Les figures 1 et 2, de ce dessin, montrent res- pectivement en coupe axiale selon I-I, figure 2 et.en demie vue en plan, un brûleur à gaz établi selon l'in- vention. La figure 3 est un détail agrandi de la figure 1. Les figures 4 et 5 montrent à plus grande échel- le, respectivement, un morceau de la face extérieure de la paroi perforée comprise par ledit brûleur et un mor- ceau de la face intérieure de cette paroi. Le brûleur considéré comprend une boite à air 1 en forme de galette épaisse, c'est-à-dire délimitée par une paroi latérale cylindrique de révolution 2 et par deux parois planes transversales 3 et 4. L'une de ces parois planes 3 est perforée par une multitude de trous 5 circulaires et rapprochés. L'autre paroi plane 4 est traversée par une conduite 6 reliant la boite à une source extérieure d'air sous pression telle qu'un ventilateur (non repré- senté). A l'intérieur de la boite 1 est logée, avec jeu dans toutes les directions, une nourrice à gaz 7 qui présente comme la boite 1 la forme d'une galette cylin- drique, mais plus petite que ladite boite et évidée en son centre par une cheminée 8. Cette nourrice est disposée coaxlalement à la boite 1, elle est reliée par une conduite 9 à une source de gaz combustible sous pression et sa paroi plane 10 parallèle à la paroi perforée 3 est hérissée d'une mul- titude d'aiguilles creuses 11 reliant chacune l'inté- rieur de la nourrice 7 à la zone centrale d'un trou 5. La distance D entre les faces en regard des deux parois planes 3 et 10 doit être assez grande pour que l'air circule librement dans l'espace Z créé entre ces parois et, pour la même raison, les ecartements E entre les différentes aiguilles doivent être suffisamment grands et le diamètre extérieur de de celles-ci, suffi- samment petit. 5. La pression de l'air qui occupe l'espace Z est alors la même en tous les points de cet espace. De même le volume intérieur de la nourrice annu- laire 7 est suffisamment grand pour que le gaz admis dans celle-ci par la conduite 9 soit soumis à la même pression en tous les points de ce volume. Il en résulte que les débits de gaz distribués respectivement aux sorties des différentes aiguilles 11 sont tous identiques et que les débits d'air projetés vers l'extérieur de la boite 1, autour des sorties d'ai- i5 guilles, à travers les trous 5, sont également identi- ques entre eux. Par conséquent, les compositions des mélanges air-gaz à brûler qui sont distribués sur les sites mêmes de la combustion à travers les différents ajutages 12 constitués par les trous 5 et les sorties des aiguilles 1i sont identiques entre elles. Or il est facile d'ajuster cette composition en agissant sur la pression d'admission de l'air dans la boite 1 et/ou sur celle d'admission du gaz dans la nour- rice 7. On dispose ainsi d'une formule extrêmement sim- ple et sûre pour obtenir automatiquement une excellente combustion au niveau de chacune des multiples flammes 13 formées par l'allumage du mélange gazeux aux sorties des différents ajutages 12. La qualité et l'homogénéité de cette combustion peuvent être encore améliorées en aménageant comme suit les faces extérieure et intérieure de la paroi perforée 3 de la boîte. Concernant d'abord la face extérieure: - on délimite les orifices 5, du côté de cette face, par des lamages 14, - on réunit entre eux ces lamages par des rainures 15 creusées dans ladite face et constituant un réseau de petits canaux facilitant l'interallumage ainsi que l'accrochage des flammes 13, - on rapporte sur la face extérieure considérée, en les logeant éventuellement dans des rainures 15, des fils minces 16 constitués notamment en acier inoxydable (voir figures 3 et 4) qui servent eux aussi d'accro- che-flammes, - on délimite la périphérie de la zone perforée de la paroi 3 par une suite de petits trous 17 traversant cette paroi de part en part et débouchant extérieure- ment au pied d'un rebord 18 qui fait saillie exté- rieurement sur ladite paroi. Concernant la face intérieure de la paroi 3, on y évide, à proximité immédiate de chaque orifice 5, au moins une entrée d'air 19 (voir figures 3 à 5) propre à imprimer un mouvement rotatif à l'air admis dans cet orifice, ce qui améliore son mélange avec le gaz combus- tible sortant de l'aiguille centrale 11, avantage parti- culièrement précieux lorsque ce gaz est du butane ou du propane. Dans la pratique, on donne avantageusement aux différentes cotes des composants des ajutages 12 les valeurs suivantes: - distance D, qui correspond sensiblement à la longueur de chaque aiguille 11 faisant saillie hors de la paroi : 8 à 10 mm, de préférence 9 mm, - écartement E entre les axes des aiguilles voisines: 5 à 9 mm, de préférence 6 à 8 mm, - diamètre intérieur d. de chaque aiguille: 0,4 à 0,8 i mm, de préférence 0,6 mm à 0, 7 mm, - diamètre extérieur d de chaque aiguille: 1 à 1,5 mm, e de préférence 1,2 à 1,4 mm, - épaisseur e de la paroi perforée 3: 2 à 5 mm, diamètre T de chaque trou 5: 3 à 5 mm, de préférence 4 mm, - diamètre L de chaque lamage: 5 à 7 mm, de préférence 6 mm et profondeur de celui-ci: environ 1 mm. Le nombre des aiguilles est en général de plu- sieurs dizaines, voire de plusieurs centaines. Le plan transversal en lequel débouche chaque aiguille 11 est en général situé axialement un peu en deçà du niveau de la surface intérieure de la paroi per- forée 3 de la boite 1, c'est-à-dire à l'intérieur de la boite, mais il peut être situé un peu au-delà de ce ni- veau vers l'extérieur, sans pour autant dépasser celui de la surface extérieure de la paroi 3. On voit encore sur le dessin: - des vis 20 (figure 1) permettant de fixer la nourrice 7 à l'intérieur de la boite 1 et coopérant avec des alésages filetés complémentaires 21 évidés dans des surépaisseurs 22 de cette nourrice, - et un allumeur 23 (figure 2), par exemple du type piézoélectrique à étincelles. La boite à air 1 est avantageusement constituée par des tôles métalliques embouties, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium, sa paroi perforée étant de préférence constituée en une céramique moulée, alors que la nourrice 7 est constituée par une pièce métallique, par exemple en alliage d'aluminium moulé. Le débit du mélange alr-gaz peut être réglé une fois pour toutes en donnant des valeurs prédéterminées aux débits de ses deux composants, le rapport entre ces deux débits correspondant à la formule stoechiométrique de la combustion parfaite augmenté de l'excès d'air minimum imposé par les normes. Selon une variante avantageuse, on peut régler à volonté les débits des deux composants en prenant soin bien entendu que la composition du mélange demeure voi- sine de sa valeur optimale, en faisant appel à un organe de régulation double agissant à la fois sur les débits ou pressions de ces deux composants. On peut ainsi "moduler" la puissance calorifique du brûleur; Cette modulation est ici possible dans une gamme extrêmement large puisqu'elle peut aller de 1 à 20 et même davantage alors qu'avec les réalisations antérieu- rement connues, en particulier pour des brûleurs atmos- phériques, il était difficile de dépasser un rapport de 3 entre les deux valeurs extrêmes de la puissance calo- rifique susceptible d'être engendrée par le brûleur. C'est ainsi que le brûleur décrit ci-dessus peut délivrer à volonté une puissance calorifique variant de 2 à 30 kW et même au-delà, c'est-à-dire partant d'une valeur minimum extrêmement faible pour laquelle chaque flamme est réduite à une minuscule perle bleue visible seulement dans l'obscurité jusqu'à la valeur maximum correspondant à la pression du réseau ou autre source de gaz et à celle de l'air soufflé, compte tenu des cotes des orifices de distribution. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement de brûleurs dont la constitution et le fonctionnement résultent suf- fisamment de ce qui précède. Ces brûleurs présentent de nombreux avantages par rapport à ceux antérieurement connus, notamment: - en ce qu'ils permettent une excellente combustion sur la totalité de la "surface" du brûleur, définie par la zone perforée de sa boite à air, ce qui réduit, voire annule, la proportion de gaz toxiques indésirables (tel que l'oxyde de carbone) dans les produits de la combustion, - et en ce qu'ils se prêtent à un réglage très simple de puissance dans une gamme extrêmement large pouvant dé- passer le rapport de 1 à 20 entre ses valeurs extrê- mes. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réali- sation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notam- ment: - celles o les flammes 13 auraient une orientation autre que verticale ascendante, par exemple verticale descendante, ou horizontale, - et celles o la paroi perforée d'o sort le tapis de flammes présenterait une forme autre que celle illus- trée d'une rondelle plane, par exemple celle d'un disque plan, ou encore celle d'au moins un rectangle plan et allongé formant une sorte de "rampe allumée", ou même celle d'au moins la surface latérale d'un cy- lindre, de révolution ou non, ou encore celle d'une demi-sphère ou d'une sphère à l'exclusion d'une por- tion de cette sphère réservée aux admissions radiales nécessaires des composants gazeux. REVENDICATIONS 1. Brûleur à gaz du type distribuant à travers des ajutages multiples (12) les flammes (13) engendrées par la combustion d'un gaz combustible sous pression dans l'air, caractérisé en ce qu'il comprend une boite à air (1) connectée à une source d'air sous pression et dont une paroi (3) est perforée par un grand nombre d'o- rifices (5) rapprochés, une nourrice à gaz (7) connectée à une source de gaz combustible sous pression, cette nourrice étant agencée et disposée à l'intérieur de la boîte à air de façon à présenter en regard de la paroi perforée de la boîte une paroi (10) suffisamment écartée de cette paroi perforée pour que l'air puisse circuler librement entre les deux parois (3,10), et une pluralité d'aiguilles creuses (11) reliant chacune l'intérieur de la nourrice (7) à la zone centrale d'un trou (5) de la paroi perforée (3) de façon à définir avec ce trou l'un des sites (12) de production de flamme. 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boite à air (1) présente la forme générale d'une galette cylindrique et la nourrice (7), celle d'un anneau creux coaxial à la boîte. 3. Brûleur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que chaque aiguille (11) débouche à un niveau compris entre le plan définissant localement la surface extérieure de la paroi perforée (3) de la boîte à air (1) et un plan parallèle au pré- cédent et disposé à une petite distance, vers l'inté- rieur de cette boite, du plan définissant localement la surface intérieure de ladite paroi perforée. 4. Brûleur selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que la paroi per- forée (3) de la boite et la paroi (10), de la nourrice, en regard de cette paroi perforée, sont écartées entre elles d'une distance (D) de l'ordre du cm, en ce que le ll diamètre (T) de chaque trou (5) de la paroi perforée est de l'ordre de 4 mm, en ce que le diamètre intérieur (di) de chaque aiguille (11) est de l'ordre de 0,6 mm à 0,7 mm, son diamètre extérieur (de) étant de l'ordre de 1,2 à -1,4 mm et en ce que l'écart (E) entre les axes des aiguilles voisines est de l'ordre de 6 à 8 mm. 5. Brûleur selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce qu'un petit fil métallique (16) est rapporté sur la face extérieure de la paroi perforée (3) de la boite de façon à s'étendre diamétralement en travers de chaque orifice (5) aux fins d'accrochage des flammes. 6. Brûleur selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que les orifices (5) évidés dans la paroi perforée (3) de la boîte sont délimités par des lamages (14) du côté extérieur de cette paroi. 7. Brûleur selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que les orifices (5) évidés dans la paroi perforée (3) de la boite sont réunis entre eux par des rainures (15) creusées dans la face extérieure de cette paroi. 8. Brûleur selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que la zone trouée de la paroi perforée (3) de la boîte est limitée à sa périphérie par une suite de petits trous (17) traversant cette paroi de part en part et débouchant extérieurement au pied d'un rebord (18) faisant saillie extérieurement sur la paroi. 9. Brûleur selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que la face, de la paroi perforée (3) de la boîte, intérieure à cette boî- te, est évidée à proximité immédiate de chaque orifice (5) par au moins une entrée d'air (19) propre à imprimer un mouvement rotatif à l'air admis dans cet orifice. 10. Brûleur selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que la paroi per- forée (3) de la boite est constituée en une céramique moulée. C\J C fl''c=' -:; c (.0 LC) G b_-.. '-: C'- I.l.. ' "-. Coo "'O' POCDO O O