Brevet FR2638514A1 — publié le 19900504

i APPAREIL GENERATEUR D'AIR CHAUD, COMPORTANT UN BRULEUR CATALYTIQUE La présente invention concerne un appareil générateur d'air chaud, associant un brûleur à gaz du type catalytique et des moyens de ventilation. Un tel appareil peut recevoir application dans différents domaines techniques, par exemple à titre de sèche- cheveux portatif ou de pistolet à air chaud pour le décapage de peintures. On a déjà proposé un tel appareil comprenant: - un corps formant conduit de circulation d'un flux d'air, allongé d'une entrée pour l'air frais à une sortie pour l'air chaud; - des moyens mécaniques de ventilation, mus par un moteur électrique approprié, disposés à l'intérieur du corps, de manière à générer un flux d'air de l'entrée à la sortie du conduit précité; - un brûleur à gaz du type catalytique, disposé dans le conduit, dont les fumées de combustion se mélangent à l'air frais introduit, pour produire l'air chaud évacué à la sortie du conduit précité. Ce brûleur catalytique comprend de manière générale, d'une part une chambre de distribution uniquement d'un gaz combustible, par exemple du butane, dont l'entrée communique avec une source dudit gaz sous pression, et d'autre part une structure catalytique, perméable à la circulation du gaz combustible distribué, dont la face d'entrée est en relation avec la chambre de distribution précitée, et dont la face de sortie est en relation avec l'intérieur du conduit' de circulation du flux d'air. En fonctionnement, la combustion catalytique est obtenue sur la face de sortie de la structure catalytique, l'air comburant étant apporté uniquement par la circulation du flux d'air au contact extérieur de cette même structure; on est donc en présence d'un brûleur catalytique à aération secondaire. Le fonctionnement du brûleur catalytique est donc dépendant de celui des moyens de ventilation. Cette dépendance conduit à différents inconvé- nients: - tout d'abord, au moment de l'allumage, le flux d'air circulant est susceptible d'éteindre, ou en tout cas de gêner l'amorçage de la combustion sur la surface extérieure de la structure catalytique; ensuite les moyens de ventilation entrainent en général une suroxygénation de la combustion catalytique, conduisant à une température de. fonctionnement du brûleur catalytique trop élevée, laquelle peut s'avérer dangereuse pour une utilisation domestique de l'appareil. La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients. En particulier, l'invention a pour objet un appareil du type précité, assurant une totale indépen- dance entre les moyens de ventilation d'un côté, et le brûleur catalytique de l'autre. Selon la présente invention, d'une part le brûleur catalytique est du type à air induit, moyennant quoi des moyens d'admixtion d'air primaire au gaz combustible sous pression alimentant ledit brûleur, sont disposés en amont de la chambre de distribution, et d'autre part ces moyens d'admixtion comportent un organe de prélèvement indépendant du conduit de circulation, prélevant l'air primaire nécessaire à la combustion, à l'extérieur dudit conduit. De cette manière, on obtient une complète indépendance entre les deux organes de l'appareil con- tribuant à sa fonction de générateur d'air chaud, à savoir les moyens de ventilation d'un côté, et le brûleur catalytique apportant les calories nécessaires par ses fumées de combustion, de l'autre. Une telle indépendance contribue à un fonctionnement global satisfaisant de l'appareil, pour plusieurs raisons: - le brûleur catalytique peut être conçu et dimensionné, uniquement en fonction de la puissance calorifique à apporter, et en fonctionnement le taux- d'aération demeurera sensiblement identique au taux nominal prévu; on peut donc obtenir un fonctionnement optimum du brûleur; - les performances du brûleur catalytique, en particulier son rendement et sa puissance calorifique, sont indépendantes du régime de fonctionnement des moyens de ventilation (ou ventilateur), à supposer par exemple que ces derniers puissent être réglés par l'uti- lisateur à plusieurs valeurs différentes; ces perfor- mances sont également indépendantes des variations de la vitesse de rotation du ventilateur, en particulier con- sécutives à la décharge des piles ou accumulateurs élec- triques d'alimentation. Si de plus on dispose dans le conduit de circulation du flux d'air un flasque de déflection de ce dernier, en amont du brûleur catalytique, de manière à éloigner le courant d'air frais de la surface extérieure de la structure catalytique, alors on n'a plus à craindre toute sur-oxygénation du brûleur, élevant sa température au-delà de la valeur retenue pour le fonctionnement nominal. En définitive, l'indépendance obtenue selon l'invention permet d'optimiser le fonctionnement d'un appareil générateur d'air chaud avec brûleur à gaz, mais surtout de sécuriser l'utilisation quotidienne et domestique d'un tel appareil. La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe, de manière schématique, d'un appareil générateur d'air chaud conforme à la présente invention; - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale selon la ligne II-II de la figure 3, du brûleur catalytique faisant partie de l'appareil selon la figure 1; - la figure 3 représente une vue en coupe transversale, selon la ligne III-III de la figure 2, du même brûleur catalytique; - la figure 4 représente une vue agrandie, avec arrachement partiel, du moyen d'admixtion d'air primaire selon l'invention, et faisant partie de l'appareil représenté à la figure 1; - la figure 5 représente une vue en coupe, de ma- nière schématique, d'un autre mode d'exécution de la présente invention. La présente invention est décrite par référence à un sèche-cheveux, du type portatif, à usage domestique par conséquent, mais il doit être entendu que cette description ne doit pas entacher la généralité de la présente invention, puisqu'en particulier les mêmes principes techniques peuvent être retenus dans d'autres applications, par exemple pour un pistolet à air chaud destiné au décapage de peintures. L'appareil selon les figures i à 4 comporte: - un corps (1) formant enveloppe extérieure de l'appareil, et présentant de manière générale la forme d'un pistolet; - des moyens de ventilation (2) disposés à l'intérieur du corps (1), permettant de générer un flux d'air, circulant dans l'appareil selon les flèches repérées par la référence numérique (3); - un brûleur à gaz (4), du type catalytique, disposé à l'intérieur du corps (1), dont les fumées de combustion se mélangent à l'air frais introduit grace au moyen de ventilation, pour produire l'air chaud évacué de l'appareil; - un bloc métallique (6) monté à l'intérieur du corps (1), assurant un passage du gaz combustible sous pression, d'une cartouche interchangeable (7) vers le brûleur (4); - une source (8) d'alimentation électrique, par exemple une simple pile ou un accumulateur rechargeable, disposé à l'intérieur du corps (1), assurant l'alimentation électrique des différents organes de l'appareil requérant une telle source d'énergie. Par conséquent, l'autonomie d'un appareil selon l'invention, et en particulier son indépendance par rapport à tout branchement, résultent de l'incorporation de la cartouche (7) de gaz combustible d'une part, et de la source électrique (8) d'autre part. Le corps (1) réalisé en matière plastique par exemple, comporte deux parties disposées sensiblement à angle droit, à savoir une première partie (9) formant conduit de circulation du flux d'air, de l'arrière à l'avant de l'appareil, la partie arrière dudit conduit ayant une section plus large que celle de la partie avant, et une deuxième partie (10) ayant la forme d'un tube, servant à la fois à la réception de la cartouche de gaz combustible (7) et à la préhension de l'appareil par la main de l'utilisateur. Une grille de protection (11) est disposée à l'arrière du conduit (9), tandis qu'un diffuseur (12) est disposé à l'avant du même con- duit. La partie inférieure du tube (10) est associée à un couvercle (12), pouvant être solidarisé de manière réversible par un mécanisme à baïonnette (13). Ce couvercle (12) comporte un ressort (14) permettant d'appuyer la cartouche (7) contre le bloc métallique (6). La cartouche (7) interchangeable, c'est-a-dire pouvant être remplacée par une cartouche pleine lorsqu'elle est vide, renferme un gaz combustible sous pression, par exemple du butane; il s'agit par exemple d'une cartouche du type aérosol, telle que décrite dans le brevet français FR-A-2580376 au nom de la Demanderesse. Le bloc métallique (6) fixé à l'intérieur du conduit (9) par des moyens appropriés, comprend d'une part des moyens de connexion réversibles avec la cartouche (7), permettant tout à la fois une liaison étanche avec la valve aérosol et son ouverture, et d'autre part des moyens de controle non représentés, permettant d'ouvrir ou fermer la circulation de gaz combustible vers le brûleur catalytique (4), et/ou de régler le débit envoyé vers ce dernier. A cette fin, comme représenté à la figure 4, le bloc (6) comprend des canaux de circulation (6a) de gaz sous pression. Les moyens de ventilation (2) sont disposés à l'arrière du conduit (9), par tout moyen approprié, et comportent de manière classique un moteur électrique (15) entrainant une roue de ventilateur (16) en vis-à- vis de la grille de protection (11). Le moteur électrique (15) est alimenté par une source appropriée, sous la forme de l'accumulateur ou pile électrique (8), avec un moyen d'ouverture et fermeture du circuit d'ali- mentation électrique décrit ci-après. Plus particulièrement par référence aux figures 1 et 2, le brûleur catalytique (4) est du type à air induit, et comprend de manière générale: - une chambre de distribution (16) du mélange du gaz combustible et de l'air primaire comburant, dont différentes entrées (16a) communiquent chacune, comme décrit ci-après, avec la source de gaz combustible sous pression, c'est-à-dire avec la valve aérosol de la cartouche (7); - une structure catalytique (17), dont la face d'entrée (17a) est en relation avec la chambre de distribution précitée, dans le cas présent par l'inter- médiaire d'une chambre d'allumage (18), et dont la face de sortie (17b) est en relation avec l'intérieur du conduit (9), c'est-à-dire avec le flux d'air circulant dans ce dernier. Plus précisément, la structure catalytique (17) comprend, d'une part une nappe (50) d'un support perméable réfractaire, par exemple un non-tissé de fibres d'alumine, imprégné avec un catalyseur de combustion, et d'autre part deux treillis métalliques (19) et (20) à large maille, enserrant la nappe (50). Cette structure (17), ayant le mode de réalisation décrit précédemment, est disposée et conformée essen-' tiellement selon un tube dont l'axe est identique ou parallèle à la direction du conduit (9). En fait, la structure catalytique (17) ne présente pas une forme complètement tubulaire, puisqu'il existe dans cette dernière une ouverture inférieure, généralement rectan- gulaire et étroite, délimitée par deux génératrices du tube en question. Cette ouverture est fermée par une plaque rectangulaire, de forme et dimensions correspon- dant à l'ouverture précitée, assurant comme décrit ci- après la distribution par le bas du mélange combustible. Cette plaque (21) allongée selon la direction du conduit est solidarisée avec la structure (17), grâce à des rebords extérieurs pressés contre deux bordures opposées de la plaque (21), selon les deux génératrices précitées par des tirants (22) passant au travers de ladite pla- que, et disposés chacun perpendiculairement à la direc- tion du conduit dans la chambre de distribution (16). Le brûleur catalytique (4) comporte une cloison interne (42) présentant essentiellement une forme tubulaire, disposée pour l'essentiel à distance de la structure catalytique (17) et divisant l'intérieur de cette dernière en deux chambres, à savoir d'une part la chambre d'allumage (18) comprise entre la cloison (42) et la structure catalytique (17), et d'autre part la chambre de distribution (16) limitée vers l'extérieur du brûleur par la cloison (42). Ces chambres (16) et (18) communiquent l'une avec l'autre, compte tenu d'orifices appropriés prévus dans la cloison (42), ou de' la perméabilité de cette dernière. Plus' précisément, la cloison interne tubulaire (42) présente à la manière de la structure (17), une ouverture (42a), en correspon- dance avec l'ouverture (17c), délimitée par deux généra- trices, et fermée par la plaque de distribution (21). Pour ce faire, la cloison interne (42) présente également deux rebords extérieurs non représentés, serrés par les tirants (22) entre les rebords de la structure (17) et les deux bordures droites de la plaque (21). Une bougie d'allumage (23), se présentant par exemple sous la forme d'une résitance d'inflammation du mélange combustible, est disposée à l'intérieur de la chambre d'allumage (22). Un tube interne (24) est disposé à l'intérieur et à distance de la structure catalytique (17), l'axe de ce tube étant identique ou parallèle à la direction du conduit (9). Ce tube (24) est supporté par deux plaques transversales (25) et (26), disposées respectivement sur la face aval et sur la face amont du brûleur catalytique (4), selon le sens de circulation des flèches (3), ces plaques s'étendant transversalement, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction du conduit (9). Les plaques (25) et (26) comportent chacune un épaulement extérieur pour le support de la cloison (42), et un épaulement intérieur pour le support du tube (24). Comme le montre la figure 2, chacune de ces plaques, fixée sur l'embase (21) de distribution, s'étend radialement entre la structure catalytique (17) et le tube interne (24). Comme le montre la figure 3, la plaque (26) s'étend également à l'extérieur de la structure catalytique (17) pour former un flasque de déflection du flux d'air circulant dans le conduit catalytique (4). En conséquence, la projection du con- tour extérieur du brûleur (4), c'est-à-dire de la struc- ture (17), selon la direction du conduit (9), sur le flasque (26), est inscrite complètement à l'intérieur de ce dernier. A partir de la description précédente, et par observation de la figure 3, on constate que l'intérieur de la structure catalytique (17) est divisé, de l'extérieur vers l'intérieur, en la chambre d'allumage (18), la chambre de distribution (16), et le conduit interne (24). Grâce à ce dernier, le flux d'air circulant dans le conduit (9), passe non seulement à l'extérieur du brûleur catalytique (17), mais également à l'intérieur de ce dernier, de sa face amont vers sa face aval. Cette circulation d'air à l'intérieur du brûleur catalytique (4), permet de refroidir efficace- ment ce dernier, compte tenu des températures de fonc- tionnement relativement élevées et caractérisant toute combustion catalytique à air induit. Par référence aux figures 2 et 4, les moyens d'ad- mixtion d'air primaire au gaz combustible, référencés de manière générale par une flèche (30) sont disposés en amont de la chambre de distribution (16), et communiquent plus particulièrement avec le canal de distribution (21a) de la plaque (21) par le conduit de liaison (27). Ces moyens d'admixtion associent un organe (28) de prélèvement d'air comburant, indépendant du conduit de circulation (9), prélevant l'air primaire à l'extérieur de ce dernier. Plus précisément, les moyens (30) comprennent: - un injecteur (29) éjectant un jet gazeux du gaz combustible sous pression, à partir du courant circulant et controlé dans le bloc (6), - l'extrémité amont (27a), ayant une forme interne divergente, à la manière d'un venturi, disposé à distance et dans l'axe d'éjection de l'injecteur (29); - un capotage (28) délimitant l'espace d'introduction de l'air primaire vers l'intérieur du conduit de liaison (27), entre son extrémité amont (27a) et l'injecteur (29); ce capotage (28) isole l'intérieur du conduit (9) par rapport à l'espace précité d'intro- duction d'air primaire, lequel communique avec l'exté- rieur du conduit (9), par une ouverture (31) prévue dans le corps (1); le capotage (28) comporte donc deux per- forations en vis-à-vis, permettant une liasion relative- ment étanche avec l'extrémité amont (27a) du tube (27) d'une part, et avec l'extrémité du corps (6) comportant l'injecteur (29) d'autre part. Comme indiqué précédem- ment, cette solution permet d'introduire l'air primaire en provenance de l'extérieur du conduit (9), et sans relation ou dépendance par rapport au flux d'air cir- culant dans ce dernier. Par ailleurs, un élément thermosensible (32) est disposé sur le flasque (26), en relation d'échange thermique avec le brûleur catalytique (4). Cet élément commande le circuit d'alimentation électrique du moteur (15), ce circuit étant ouvert ou fermé à une température prédéterminée atteinte par l'élément thermo-sensible. De cette manière, le ventilateur (13) se met en fonctionnement, lorsque le brûleur catalytique a atteint la température prédéterminée, ce qui permet à ce dernier de monter plus vite en température, lors du démarrage de l'appareil. Lorsque le brûleur catalytique est arrêté, le ventilateur permet un refroidissement rapide de ce dernier, avant que l'utilisateur ne cesse d'employer son appareil. Conformément à la figure 5, la structure catalyti- que (17) consiste en deux. noyaux identiques (61) et (62), réfractaires et perméables, séparés l'un de l'autre par un interstice d'allumage (63). Dans l'inter- stice d'allumage (63) est disposé le moyen électrique d'allumage (23), consistant dans le cas présent en deux électrodes en vis-a-vis. Chaque noyau réfractaire (61) ou (62) est traversé de sa face d'entrée à sa face de sortie, selon le sens de circulation du mélange à brû- ler, par une pluralité- de canaux (64), allongés chacun selon la direction du conduit de circulation (9), et dont la surface interne est revêtue par un catalyseur de combustion. Ces catalyseurs sont bien connus dans la technique, sous le nom de structure "nid d'abeille". Selon la figure 5, on peut noter les particularités suivantes: - la face d'entrée (17a) de la structure cataly- tique est disposée en vis-à-vis de la sortie (12) du conduit (9), moyennant quoi la chambre de distribution (16) est située à l'arrière du brûleur catalytique, selon le sens du flux gazeux dans le conduit (9); un réflecteur (65) est disposé en vis-à-vis de la face de sortie (17b) de la structure catalytique, de manière à protéger thermiquement le moteur (15). REVENDICATIONS 1/ Appareil génératçur d'air chaud, comprenant: - un corps (1) formant conduit (9) de circulation d'un flux d'air, allongé d'une entrée (11) pour l'air frais à une sortie (12) pour l'air chaud; - un moyen (2) de ventilation disposé à l'intérieur du corps, pour générer le flux d'air de l'entrée vers la sortie; - un brûleur (4) à gaz disposé dans le conduit, du type catalytique, dont les fumées de combustion se mé- langent à l'air frais introduit pour produire l'air chaud évacué, le dit brûleur comportant une chambre de distribution (16) d'un gaz combustible, dont l'entrée (16a) communique avec une source (7) dudit gaz sous pression, et une structure catalytique (17) dont la face d'entrée (17a) est en relation avec la chambre de dis- tribution, et dont la face de sortie (17b) est en rela- tion avec le conduit du flux d'air caractérisé en ce que, d'une part le brûleur catalytique (4) est du type à air induit, moyennant quoi des moyens (3a) d'admixtion d'air primaire au gaz combustible sous pression sont disposes en amont de la chambre de dis- tribution (16), et d'autre part ces moyens comportent un organe (28) de prélèvement, indépendant du conduit (9) de circulation, prélevant l'air primaire à l'extérieur de ce dernier. 2/ Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (30) d'admixtion comprennent un injecteur (29) éjectant un jet gazeux du gaz combustible sous pression, un tube (27) de liaison communiquant du côté aval avec la chambre de distribution (16) du brûleur catalytique (4), et en relation du côté amont (27a) avec l'injecteur, et en ce que l'organe de prélè- vement comporte un moyen d'introduction (28) de l'air primaire vers l'intérieur du tube de liaison (27), au niveau de son extrémité amont (27a), ce moyen d'intro- duction communiquant avec une ouverture (31) d'extrac- tion d'air à l'extérieur du conduit (9) de circulation. 3/ Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la. structure catalytique (17) est un noyau réfractaire perméable, traversé de sa face d'entrée (17a) à sa face de sortie (17b) par une pluralité de canaux (60) allongés selon la direction du conduit de circulation du flux d'air, dont la surface interne est revêtue par un catalyseur de combustion. 4/ Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure catalytique (17) comprend une nappe (50) d'un support perméable réfractaire, imprégné avec un catalyseur de combustion, et cette structure est disposée et conformée essentiellement selon un tube dont l'axe est identique ou parallèle à la direction du conduit de circulation du flux d'air (9), la chambre de distribution (16) étant comprise à l'intérieur dudit tube. / Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un flasque (26) de déflection du flux d'air est disposé dans le conduit (9), en amont du brûleur cataly- tique (4), transversalement par rapport à la direction dudit conduit, la projection du contour extérieur dudit brûleur (4) selon ladite direction sur ledit flasque étant inscrite complètement à l'intérieur du contour de ce dernier. 6/ Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le brûleur catalytique comporte une cloison interne (42) essentiellement tubulaire, disposée pour l'essentiel à distance de la structure catalytique (17), séparant l'intérieur de cette dernière en une chambre d'allumage (18) limitée par ladite cloison et ladite structure catalytique, et la chambre de distribution (16) limitée par ladite cloison, lesdites chambres com- muniquant l'une avec l'autre, et un moyen d'inflammation (23) du mélange combustible étant disposé à l'intérieur de la chambre d'allumage (18). 7/ Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le brûleur catalytique comporte un tube inter- ne (24), disposé pour l'essentiel à distance de la structure catalytique (17), dont l'axe est identique ou' parallèle à la direction du conduit (9) de circulation du flux d'air, les faces amont et aval du brûleur étant fermées par une plaque (25, 26) transversale s'étendant entre la structure catalytique tubulaire (17) et le tube interne (24). 8/ Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure catalytique tubulaire (17) présente une ouverture (17c) délimitée par deux généra- trices, et une plaque de distribution (21) du mélange combustible, allongée selon la direction du conduit (9) de circulation, ferme ladite ouverture, ladite plaque comportant un canal (21a) de distribution central et longitudinal, communiquant avec les moyens (30) d'admix- tion de l'air primaire au gaz combustible. 9/ Appareil selon les revendications 6 et 8, carac- térisé en ce que la cloison interne (42) tubulaire pré- sente une ouverture (42a) délimitée par deux génératri- ces, et la plaque de distribution (21) ferme également ladite ouverture. / Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de ventilation (2) comporte un moteur électrique (15) dont l'alimentation est commandée par un élément thermo-sensible (32), disposé en relation ther- mique avec le brûleur catalytique (4), ledit élément fermant le circuit électrique d'alimentation du moteur à une température prédéterminée.