Brevet FR2624253A1 — publié le 19890609

BRULEUR RADIANT A GAZ La présente invention a pour objet un brûleur radiant à gaz pour l'émission d'un rayonnement infrarouge de chauffage, com- prenant une chambre à l'intérieur de laquelle est introduit un mé- lange air-gaz fourni par un mélangeur, l'une des faces de l'enceinte délimitant la chambre étant constituée par au moins un support de combustion au niveau duquel s'effectue la combustion du mélange air-gaz qui porte la surface de ce support à une température élevée conduisant à un rayonnement du support. Le chauffage de locaux industriels ou de locaux recevant du public peut être réalisé à l'aide de diverses techniques compre- nant notamment le chauffage par convection et le chauffage par rayonnement. Le chauffage par rayonnement peut s'effectuer en particu- lier à l'aide de panneaux radiants lumineux qui constituent des émetteurs caractérisés par une combustion externe s'effectuant sur une surface céramique portée à haute température. Cette surface est constituée de plaquettes céramiques perforées de multiples orifices de petit diamètre. La combustion du mélange air-gaz, fourni le plus souvent par un mélangeur à induction atmosphérique, commence près de la sortie des orifices, ce qui a pour effet de porter la surface des plaquettes à une température élevée. Ces appareils, qui possèdent une puissance unitaire élevée, sont en général employés pour le chauffage de locaux industriels de grande hauteur et mal isolés. Les appareils de ce type présentent des inconvénients dans la mesure o les produits-de combustion de ces panneaux radiants sont rejetés dans le local chauffé. Une forte condensation peut avoir lieu si le local est assez étanche. Par ailleurs, les légis- lations de divers pays ne permettent pas, pour des raisons de sécurité, l'utilisation de ce genre d'appareil dans les locaux recevant du public du fait des rejets de produits de combustion dans le local chauffé. On connait par ailleurs des tubes rayonnants basse température caractérisés par une combustion interne. Un brûleur à gaz fournit les produits de combustion circulant à l'intérieur d'un tube qui est porté à une température relativement basse. Ce tube rayonne et le rayonnement est orienté au moyen d'un réflecteur placé au-dessus du tube. Un extracteur aspire les produits de combustion qui peuvent être ou non rejetés à l'extérieur du local chauffé. Un inconvénient de ces appareils réside dans le fait que les températures de fonctionnement sont relativement basses, de sorte que ces appareils ne peuvent être installés que dans des locaux de moyenne hauteur. Une des caractéristiques de fonctionnement des appareils radiants est le rendement de rayonnement, c'est-à-dire la puissance rayonnée par rapport à la puissance d'alimentation. Les panneaux radiants lumineux ont un rendement de rayonnement qui peut attein- dre 60 % tandis que les tubes rayoqnnants-basse température ont un rendement de rayonnement inférieur, de l'ordre de 50 %. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un brûleur radiant qui, comme les brûleurs radiants à plaque céramique perforée, présente une forte puissance unitaire rayonnée pour pouvoir être placé dans des locaux de grande hauteur, mais ne présente pas les inconvénients de ce type d'appa- reil, c'est-à-dire notamment ne produise pas de rejets de produits de combustion dans le local chauffé. L'invention a encore pour but de réaliser un brûleur radiant qui puisse fonctionner à une température plus élevée et avec un rendement de rayonnement plus élevé que les tubes rayonnants. Ces buts sont atteints grâce à un brûleur radiant à gaz du type défini en tête de la description, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de récupération des produits de combustion comprenant une chambre de récupération entourant la chambre de mélange et délimitée par une enceinte étanche dont la paroi parallèle au support de combustion comprend au moins une plaque étanche aux gaz constituée en un matériau transmettant au moins une partie substantielle du rayonnement infrarouge et résistant à des températures élevées et une cheminée d'extraction des produits de combustion présents dans la chambre. La plaque étanche est de préférence constituée en un matériau à base de vitrocéramique qui peut être avantageusement translucide ou transparent. Le support de combustion peut être constitué par un matériau réfractaire poreux ou encore par une plaquette céramique réfractaire percée de multiples orifices de petit diamètre. Avantageusement, le brûleur radiant comprend en outre un écran de confinement disposé parallèlement à la surface du support de combustion du cOté opposé à la chambre de mélange pour améliorer l'échange thermique entre la flamme et le support. L'écran de confinement peut présenter diverses formes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, l'écran de confinement est constitué par un écran métallique en acier réfractaire en forme de grille à larges mailles. Selon un autre mode de réalisation, l'écran de confinement est constitué par un réseau de tiges. Selon encore un autre mode de réalisation, l'écran de confinement comprend une plaque en céramique. Un échangeur de chaleur entre les produits de combustion et l'air comburant peut être incorporé dans le brûleur. Dans ce cas, de préférence l'échangeur de chaleur comprend une chambre supplémentaire qui entoure de façon étanche la chambre de récupération des produits de combustion sauf sur la face constituée par la plaque étanche, dans laquelle est introduit l'air comburant, et qui est mise en communication avec la zone de mélange air-gaz du mélangeur. Les parois délimitant la chambre de mélange et la chambre de récupération, autres que la plaque étanche et le cas échéant l'écran de confinement sont réalisées en un matériau bon conducteur de la chaleur pour favoriser un réchauffement du mélange air-gaz contenu dans la chambre par les produits de combustion présents dans la chambre de récupération. Les parois délimitant la chambre de récupération et la chambre supplémentaire sont réalisées en un matériau bon conducteur de la chaleur pour favoriser un réchauffement de l'air comburant introduit dans la chambre supplémentaire par les produits de combustion présents dans la chambre de récupération. Le brûleur radiant selon l'invention exclut ainsi les inconvénients majeurs des panneaux radiants et des tubes rayonnants tout en présentant l'ensemble des avantages de ces deux types de matériels à savoir: - une forte puissance unitaire rayonnée, ce qui autorise la mise en oeuvre de l'appareil dans des locaux de grande hauteur, - une possibilité d'évacuation des produits de combustion, ce qui empêche que ceux-ci soient dilués dans l'atmosphère du local ou de l'enceinte à chauffer, - un rendement de rayonnement élevé grâce à une récupéra- tion aisée de la chaleur perdue par les produits de combustion. Le brûleur radiant selon l'invention est adapté au chauf- fage d'enceintes, telles que des fours, étuves, aussi bien qu'au chauffage de locaux de grand volume, tels que des ateliers, usines, centres d'expositions ou de vente. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un brûleur radiant à gaz selon l'invention, et - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1. L'exemple de brûleur radiant selon l'invention qui est représenté sur les figures 1 et 2 montre une chambre 1 à l'intérieur de laquelle est introduit par une tuyère convergente divergente 9 disposée horizontalement, un mélange air-gaz fourni par un mélangeur à induction atmosphérique. La tuyère 9 confère une accélération au mélange air-gaz et accroit la qualité du mélange. Le mélangeur comprend essentiellement une zone 8 de pré-mélange dans laquelle le gaz est introduit par un injecteur 81 débouchant horizontalement et placé dans l'axe de la tuyère 9, en face de l'entrée de celle-ci. L'air comburant est lui-même introduit dans la zone 8 de prémélange après avoir de préférence circulé dans un espace 6 en contact avec la paroi 51, 52 de la chambre 5 de collecte des produits de combustion, afin de subir un pré-chauffage. La chambre 1 dans laquelle débouche la tuyère 9 est délimitée par une paroi supérieure sensiblement horizontale 11, deux parois latérales verticales 12 s'étendant dans le sens longi- tudinal du brûleur de part et d'autre de la tuyère, une paroi ver- ticale d'extrémité 13 faisant face à la sortie de la tuyère 9, une paroi verticale d'extrémité 14 dans laquelle est montée la tuyère 9 d'introduction du mélange air-gaz, et une face inférieure sensible- ment horizontale 2. La face inférieure est constituée par une ou plusieurs plaquettes céramiques réfractaires 2 percées de multiples orifices 21 de petit diamètre en sortie desquels s'effectue la combustion du mélange air-gaz qui porte la surface de la ou des plaquettes 2 à une température élevée conduisant à un rayonnement des plaquettes 2. Un écran 3 en forme de grille à larges mailles 31, réalisé en acier inoxydable, est disposé parallèlement aux plaquettes 2, au-dessous de celles-ci, c'est-à-dire du côté de la face opposée à la chambre 1. L'écran 3 confine la combustion et permet un meilleur échange entre les gaz chauds et les plaquettes céramiques. Les produits de combustion qui ont traversé l'écran 3 sont empêchés de s'échapper dans le local à chauffer grâce à une plaque vitrocéramique 4 formant barrièreétanche aux gaz qui est placée sous l'écran 3, en étant écartée de celui-ci, et se trouve de préférence parallèle à l'écran 3. Des parois latérales verticales 52 s'étendent dans le sens longitudinal du brûleur, à l'extérieur des parois latérales 12 de limitation de la chambre 1 de mélange airgaz, en étant écartées de ces parois 12 et une paroi horizontale supérieure 51 s'étend horizontalement au-dessus de la paroi horizontale supérieure 11, en étant écartée de celle-ci, afin de former une chambre 5 de récupération des produits de combustion qui entoure la chambre de mélange 1, est délimitée par un ensemble de parois étanches (parois 51, 52, prolongements vers le bas des parois d'extrémité 13, 14 de la chambre de mélange 1) et se trouva en commurnication à sa partie supérieure avec une cheminée 7 d'extraction des produits de combustion présents dans la chambre 5. Les produits de combustion sont ainsi canalisés dans une chambre 5 du type à double enveloppe, qui présente des parois 11, 12 d'échange de chaleur avec la chambre 1 de mélange air-gaz. Les produits de combustion cédent ainsi une partie de leur énergie au mélange air-gaz, ce qui contribue à améliorer le rendement. La configuration du type "triple enveloppe" représentée sur les figures 1 et 2, avec la présence d'une chambre extérieure 6 d'amenée de l'air comburant qui présente des parois 51, 52 d'échange de chaleur avec les produits de combustion de la chambre constitue un mode de réalisation préférentiel du fait du préchauffage de l'air comburant. Les parois latérales 62 et la paroi supérieure 61 de la chambre 6 d'amenée de l'air comburant, ainsi que les parois d'extrémité du brûleur (situées à droite et à gauche sur la figure 1) peuvent être revêtues du côté interne ou externe, d'un matériau d'isolation thermique visant à réduire les pertes de chaleur par ces parois externes de l'appareil. La chaleur fournie par le brûleur radiant est ainsi transmise pratiquement exclusivement à travers la plaque vitrocéra- mique 4 qui, outre son rôle de barrière pour les produits de combustion, sert de relais efficace pour le rayonnement émis par les plaquettes 2. La plaque 4constituée en un matériau à base de vitrocéramique est de préférence transparente ou translucide. L'appareil selon l'invention peut ainsi présenter une puissance rayonnée importante grâce à une température de fonction- nement élevée rendue possible par la mise en oeuvre d'une plaque en une matière vitrocéramique ou similaire capable de résister à des températures élevées tout en laissant passer le rayonnement. Par ailleurs, le rendement de rayonnement du brûleur ra- diant est important du fait que la récupération de l'énergie perdue par les fumées est aisée au moyen de la double enveloppe et du fait qu'il n'y a pas de dilution de ces fumées avec l'air ambiant. Le brûleur radiant selon l'invention peut être appliqué au chauffage de locaux et peut par exemple présenter une puissance comprise entre environ 100 et 150 kW par m2 de plaquette céramique rayonnante 2 conduisant à une température de plaquette céramique 2 de l'ordre de 900 C avec un rendement de rayonnement de l'ordre de %. Le brûleur radiant peut toutefois être également appliqué de la même façon au chauffage d'enceintes fermées (fours, étuves) et peut présenter dans ce cas une puissance supérieure à environ kW par m2 de plaquette céramique rayonnante 2 conduisant à une température de plaquette céramique 2 de l'ordre de 1100 C avec un rendement de rayonnement qui peut être de l'ordre de 55 %. Diverses modifications et adjonctions peuvent être appor- tées au mode de réalisation qui a été décrit en référence aux figures 1 et 2. Ainsi, dans le cas o l'échangeur de chaleur air comburant-fumées (parois 51, 52) introduit de trop fortes pertes de charge sur le circuit d'air, un ventilateur d'air comburant peut être ajouté pour coopérer avec la chambre de prémélange 8 du mélangeur et/ou un extracteur peut être ajouté pour faciliter l'extraction des produits de combustion par la cheminée 7. La tuyère 9 et les parois 11, 12 ou 51, 52 d'échange de chaleur de la double ou triple enveloppe peuvent être réalisées par exemple en acier inoxydable. A titre de variante, le support de combustion 2 peut être constitué par un matériau réfractaire poreux. L'écran de confinement 3 peut également présenter d'autres configurations que celle décrite en référence aux figures 1 et 2. Ainsi, l'écran 3 pourrait être constitué par un réseau de tiges ou encore par une plaque en céramique non étanche ou même le cas échéant par une grille métallique à mailles relativement fines. Par ailleurs, on a considéré dans ce qui précède un brûleur radiant dont la face rayonnante lumineuse 4 placée sur le dessous du brûleur est horizontale. Naturellement, l'ensemble du brûleur peut être basculé pour orienter la face rayonnante dans la direction dans laquelle le chauffage doit être privilégié. Dans la plupart des cas, la face rayonnante 4 sera soit horizontale, soit inclinée en formant avec l'horizontale un angle inférieur à environ . Une position verticale de la face rayonnante n'empêche toute- fois pas le brûleur de fonctionner, mais le rendement risque d'être un peu plus faible que lors d'un fonctionnement avec une face rayonnante horizontale ou inclinée de moins de 900 par rapport à l'horizontale. REVENDICATIONS 1. BrOleur radiant à gaz pour l'émission d'un rayonnement infrarouge de chauffage, comprenant une chambre (1) à l'intérieur de laquelle est introduit un mélange air-gaz fourni par un mélangeur (8), l'une des faces de l'enceinte (11,12,2) délimitant la chambre (1) étant constituée par au moins un support de combustion (2) au niveau duquel s'effectue la combustion du mélange air-gaz qui porte la surface de ce support (2) à une température élevée conduisant à un rayonnement du support (2), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de récupération des produits de combustion comprenant une chambre de récupération (5) entourant la chambre de mélange (1) et délimitée par une enceinte étanche dont la paroi parallèle au support de combustion (2) comprend au moins une plaque étanche aux gaz (4) constituée en un matériau transmettant au moins une partie substantielle du rayonnement infrarouge et résistant à des températures élevées, et une cheminée (7) d'extraction des produits de combustion présents dans la chambre (5). 2. BrOleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque étanche (4) est constituée en un matériau à base de vitrocéramique. 3. BrOleur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le support de combustion (2) est constitué par un matériau réfractaire poreux. 4. Brûleur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le support de combustion (2) est constitué par une plaquette céramique réfractaire percée de multiples orifices (21) de petit diamètre. 5. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un écran de confinement (3) disposé parallèlement à la surface du support de combustion (2) du côté opposé à la chambre de mélange (1) pour améliorer l'échange thermique entre la flamme et le support. 6. Brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'écran de confinement (3) est constitué par un écran métallique en acier réfractaire en forme de grille à larges mailles (31). 7. Brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'écran de confinement (3) est constitué par un réseau de tiges. 8. BrOleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'écran de confinement (3) comprend une plaque en céramique. 9. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un échangeur de chaleur entre les produits de combustion et l'air comburant. 10. Brûleur radiant selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur comprend une chambre supplémentaire (6) qui entoure de façon étanche la chambre (5) de récupération des produits de combustion sauf sur la face constituée par la plaque étanche (4), dans laquelle est introduit l'air comburant, et qui est mise en communication avec la zone de mélange air-gaz du mélangeur (8). 11. Brûleur radiant selonl'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la zone de mélange air-gaz du mélangeur (8) est reliée à la chambre de mélange (1) par une tuyère (9). 12. Brûleur radiant selon la revendication 10, caractérisé en ce que les parois (11,12) délimitant la chambre de mélange (1) et la chambre de récupération (5), autres que la plaque étanche (4) et le cas échéant l'écran de confinement (3) sont réalisées en un matériau bon conducteur de la chaleur pour favoriser un réchauffement du mélange air-gaz contenu dans la chambre (1) par les produits de combustion présents dans la chambre de récupération (5). 13. Brûleur radiant selon la revendication 10, caractérisé en ce que les parois (51, 52) délimitant la chambre de récupération (5) et la chambre supplémentaire (6) sont réalisées en un matériau bon conducteur de la chaleur pour favoriser un réchauffement de l'air comburant introduit dans la chambre supplémentaire (6) par les produits de combustion présents dans la chambre de récupération (5). 14. Brûleur radiant selon l'une quelconque des revendications I à 13, caractérisé en ce que la plaque étanche (4) est en vi- trocéramique transparente ou translucide. 15. BrOleur radiant selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une garniture (10) assurant une isolation thermique des parois externes (61, 62) de la chambre supplémentaire (6). 16. Brûleur radiant selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ventilateur d'air comburant coopérant avec le mélangeur (8) et/ou un extrac- teur coopérant avec la cheminée (7) d'extraction des produits de combustion.