Brevet FR2628511A1 — publié le 19890915

La manière la plus efficace de chauffer un four et de transmettre la chaleur développée aux produits à réchauffer, à cuire ou à fondre, consiste à provoquer le dégagement calorifique dans le revêtement du four lui-même le plus près possible de la face interne de la paroi. On y arrive commodément quand on utilise l'énergie électrique en noyant des résistances dans la voûte ou dans les murs du four. Il est possible de parvenir à des résultats semblables en utilisant un gaz comme combustible et la présente invention a précisément pour objet un procédé et un dispositif permettant d'obtenir la combustion complète d'un mélange de gaz combustible et comburant, en proportion stoechiométrique, traversant une brique ou une paroi poreuse à l'intérieur de la dite brique ou paroi poreuse et à proximité de la face de sortie de celle-ci; de sorte que cette face de sortie pourra être portée au rouge sans qu'aucune flamme n'apparaisse, la faced'entrée restant froide, caractéristique garantissant un excellent rendement thermique. Dans ce but on utilise une brique poreuse comme représentée à la figure 1/1, étant entendu que tous les autres modes de réalisation connus de briques ou paroirs poreuses pourront être employés, la présente invention n'ayant comme caractéristique, en ce qui concerne le dispositif adopté, que le volume total des pores et le diamètre de chacun d'eux. L'utilisation d'une brique poreuse comme brûleur est connue mais quoiqu'un dispositif intéressant mais ne permettant pas d'obtenir un rendement thermique optimal soit décrit dans le brevet français n02143807 ce n'est que dans quelques cas particuliers, en utilisant généralement un catalyseur, que l'on a pu réaliser industriellement la combustion du gaz à l'intérieur de la brique elle-même. En effet une combustion ne pouvant se propager à l'intérieur d'un matériau poreux, il faudra réaliser dans chacun des pores les conditions de la combustion qui sont : présence de gaz combustible et comburant en proportion convenable et, en l'absence de catalyseur, température supérieure à la température d'autoinflammation du mélange gazeux. Dans le dispositif représenté figure 1/1 le mélange de gaz combustible et comburant en proportion stoechiométrique (parce que c'est dans ce cas que l'on a la température de combustion maximale) est introduit par le tube (I) puis par le tube (2) muni de plusieurs orifices (3) à l'intérieur de la couche (4). Cette couche formée de gros grains n'a pour but que de répartir uniformément le gaz à l'entrée de la couche (5) qui, seule, constitue la zone où se développera la combustion. L'enveloppe t6) empêche le gaz de s'échapper autrement que par la face de sortie (7).Elle peut être relativement épaisse et en matériau réfractaire ou bien en tôle, la première solution ayant l'avantage d'améliorer la résistance mécanique de l'ensemble à haute température, quant à l'épaisseur de la couche 5 elle doit être déterminée en tenant compte de l'épaisseur maximale de la zone de combustion et de manière à permettre une certaine usure de la brique. Si par un moyen approprié on a porté la face (7) à une température élevée les pores, situés immédiatement au-dessous, et jusqu'à une certaine profondeur dans la brique, seront portés au-dessus de la température d'auto-inflammation du gaz et le mélange gazeux, en proportion stoechiométrique, qui traverse la brique brûlera à l'intérieur de ces pores, c'est à dire dans la brique elle-même. La combustion se poursuivra indéfiniment, la face (7) restant rouge sans qu'aucune flamme ne se forme. La température de la face (7) et l'épaisseur de la couche en ignition varieront si les débits de gaz sont modifiés conférant au dispositif une grande souplesse de fonctionnement. Un tel dispositif exige pour sa mise à feu une source thermique auxiliaire, mais il est possible de s'affranchir de cette nécessité et de réaliser le préchauffage de la face (7) en utilisant le gaz arrivant en (1). La condition pour cela est d'avoir dans la brique, en nombre suffisant, des pores assez gros pour que chacun puisse former en surface un minuscule brûleur qui portera au rouge la petite portion de'la face (7) qui l'entoure. L'ensemble de ces minuscules brûleurs chauffera efficacement la face (7) toute entière. On a constaté qu'un tel effet était obtenu si une. fraction égale à 20 96 au moins de la face (7) était occupée par les pores et si le diamètre moyen de ces pores était supérieur à 0,5 mm. Il s'agit donc de pores sensiblement plus gros que ceux que l'on rencontre habituellement dans les réfractaires poreux. En pratique, on admettra en (I) un mélange gazeux moins riche en comburant que le mélange stoechiométrique puisque l'air atmosphérique participe à la combustion. On réglera les débits de manière à avoir en (7) une multitude de flammes minuscules. Rapidement la face (7) deviendra rouge et une partie de la combustion se fera à l'intérieur des pores. II suffira alors d'augmenter la proportion de gaz comburant pour que toute la combustion se fasse à l'intérieur de la brique et pour que toute flamme disparaisse, les débits de gaz combustible et comburant seront alors en proportion stoechiométrique. Par la suite on ajustera les débits de gaz selon la puissance de chauffe désirée. Les briques poreuses seront fabriquées généralement en utilisant les techniques classiques de l'industrie des produits réfractaires. On choisira comme matière première la chamotte, la magnésie, I'alumine ou tout autre matériau réfractaire. On pourra également avoir recours à des techniques plus élaborées: par exemple on pourra fritter entre elles des billes de céramiques produites par ailleurs ou même des billes en métaux réfractaires. Dans la plupart des cas on fabriquera en usine ces briques ou pièces de forme mais il sera possible de couler sur place des bétons qui seront poreux après séchage. Bien que les applications de ce procédé et de ce dispositif, prévues initialement, étaient la confection de voûtes et de murs de fours pour l'industrie ou l'artisanat, on peut envisager selon les mêmes principes la fabrication de plaques chauffantes, d'écrans radiants, de chaudières, de chauffe-eaux, etc... REVENDICATIONS 1) Procédé de combustion sans flamme comportant une brique ou une paroi poreuse traversée par un mélange de gaz combustible et comburant en proportion stoechiométrique et réalisant sans catalyseur la combustion complète du gaz à l'intérieur de la brique ou de la paroi poreuse caractérisé en ce que la combustion à l'intérieur de la brique ou de la paroi poreuse est amorcée en préchauffant la dite face de sortie à une température supérieure à la température d'auto-inflammation du gaz, la combustion se faisant à proximité de la face de sortie, la face d'entrée restant froide. 2) Procédé selon revendication I caractérisé en ce que le préchauffage de la face de sortie est obtenu au moyen du gaz traversant la brique ou la paroi poreuse, la porportion de gaz comburant étant inférieure à la proportion stoechiométrique et en ce que la combustion sans flammes débute, le préchauffage de la face de sortie ayant été mené à bien lorsque l'on augmente la proportion de gaz comburant jusqu'à ce que les gaz combustible et comburant soient en proportions stoechiométriques. 3) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon revendication 2 caractérisé en ce qu'une fraction de la face de sortie égale à 20 % au moins est occupée par les pores, le diamètre moyen de ces pores étant supérieur à 0,5 mm.