Brevet FR2664678A1 — publié le 19920117

I "BRULEUR CATALYTIQUE" La présente invention concerne un brûleur catalytique du type fonctionnant avec hydrocarbure gazeux et air secondaire. On connaît, notamment par le PCT/AT 86/00076, un briquet à combustible catalytique dont l'originalité repose sur l'allumage transitoire amont du lit catalytique, à partir d'un mélange combustible établi par induction d'air par le jet d'hydrocarbure gazeux, grâce à un système classique d'injecteur venturi. Ce type de brûleur catalytique est généralement dénommé "à air primaire" ou "à air induit". Le principal inconvénient de ce type de brûleur catalytique réside dans le coût de sa fabrication et de son montage qui nécessitent le perçage de l'injecteur, son positionnement coaxial avec le venturi et la détermination, avec maîtrise, des pertes de charge du lit catalytique. Par ailleurs, le gain d'aération apporté par le système injecteur venturi est rapidement annihilé par la perte de charge due au lit catalytique. Il en résulte une limitation de l'aération, vite amplifiée par un encrassement du lit catalytique provoqué par l'accumulation des cendres, l'aération pouvant même se réduire à l'aspiration engendrée par l'allumage d'une cigarette lorsque ce type de brûleur est appliqué à un briquet. Tous ces facteurs aléatoires empêchent l'obtention d'une bonne maîtrise de la composition du mélange et, par conséquent, du fonctionnement de ce brûleur. Dans ces conditions, il est donc impossible d'atteindre un bon compromis entre un allumage fiable, qui suppose un débit relativement élevé, et une bonne tenue au vieillissement du lit catalytique, qui suppose un débit relativement faible. On connaît aussi un second type de brûleur catalytique fonctionnant avec hydrocarbure gazeux à air secondaire Dans ce type de brûleur, l'air de combustion est prélevé, par diffusion, dans le volume dans lequel se développe la flamme. Ce type de brûleur n'est donc utilisable que lorsqu'aucun obstacle ne limite ce volume à une faible valeur. Pour cette première raison, ce type de brûleur n'est utilisé que pour les appareils de grandes dimensions, destinés à produire de grandes quantités de calories, tels que des radiateurs de chauffage, des fours tunnels pour traitements thermiques ou autres similaires. En outre, ces appareils sont généralement munis d'un système d'allumage suffisamment puissant, donc encombrant, et ayant sa propre source d'énergie, électrique, par une résistance, ou de combustion, par un brûleur alimenté en parallèle. Toutes ces raisons font que ce type de brûleur n'est pas utilisé pour les petits appareils tels que briquets, fers à friser, fers à repasser, chaufferettes, désodorisateurs, allumeurs d'un brûleur catalytique de plus grande dimension et autres similaires. La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients. Partant du principe connu que la vitesse d'inflammation d'un mélange gazeux est d'autant plus faible que sa composition s'éloigne de la valeur stoechiométrique, que le volume nécessaire à la stabilité d'une flamme est d'autant plus important que son aération est faible et que, par conséquent, réciproquement, en limitant localement et/ou temporairement l'aération d'une flamme, on peut la rendre instable, dans le brûleur catalytique qu'elle concerne et qui est du type précité, à air secondaire, c'est-à-dire que l'air est amené par diffusion, d'o l'expression "flamme de diffusion", d'une part, il n'est prévu qu'un seul conduit d'alimentation en gaz combustible et, d'autre part, le lit catalytique, qui participe à la délimitation d'un volume de propagation de la flamme, est disposé, au moins lors de l'allumage de la flamme et pendant le temps de préchauffage, c'est-à-dire pendant le temps nécessaire à l'élévation de sa température à la valeur exigée par la combustion catalytique, avec un décalage latéral par rapport au flux de gaz combustible sortant du conduit d'alimentation en gaz combustible, tandis que sont prévus des moyens de limitation de la propagation de la flamme, en fin de période d'échauffement du lit catalytique, c'est-à- dire lorsqu'au moins une zone du lit catalytique a atteint la température d'amorçage de la combustion catalytique. Suivant une forme d'exécution simple de l'invention, les moyens de limitation de la propagation de la flamme, en fin de période d'échauffement du lit catalytique, sont constitués par une grille présentant des orifices de faible section et délimitant, avec le lit catalytique, un volume de propagation de la flamme suffisamment peu aéré pour provoquer, par son instabilité, son coincement et son extinction par manque d'air, après un temps sensiblement égal au temps de préchauffage, mais suffisamment aéré pour permettre la combustion catalytique. Avantageusement, la grille qui constitue les moyens de coincement de la flamme constitue le support du lit catalytique. Suivant une première réalisation de cette forme d'exécution, la grille est cylindrique et la longueur du lit catalytique qu'elle enveloppe est suffisamment importante pour limiter la propagation de la flamme par manque d'air en raison de la consommation en air de la combustion catalytique à ses débuts. Pour obtenir, avec une certitude absolue, cette limitation de la propagation de la flamme, on prévoit, en outre, un capot enveloppant cette grille et présentant des perforations de dimensions suffisamment petites pour provoquer le coincement de la flamme. Suivant une autre réalisation préférée de cette première forme d'exécution, la grille présente une forme cylindro-conique, c'est-à-dire qu'elle comporte une partie de forme cylindrique, de section circulaire ou autre, son extrémité la plus éloignée du brûleur étant fermée par une partie coaxiale conique ou de forme similaire, tandis que le lit catalytique présente la forme d'un manchon cylindrique entièrement enveloppé par la partie cylindrique de la grille. Suivant une autre forme d'exécution de ce brûleur, le volume de propagation de la flamme est délimité, en complément du lit catalytique, par une paroi sensiblement étanche et présentant, dans l'axe de l'orifice de sortie du conduit d'alimentation en gaz combustible, une fenêtre d'aération et les moyens de limitation de la propagation de la flamme sont constitués par des moyens mobiles de fermeture de la fenêtre précitée, accouplés au mécanisme d'allumage du brûleur, de manière à provoquer l'extinction de la flamme,par coincement, dès que le lit catalytique, échauffé par elle, a atteint la température de combustion catalytique. Par exemple, les moyens de fermeture de la fenêtre d'aération sont constitués par un volet mobile entre deux positions extrêmes, l'une de repos, dans laquelle il est totalement effacé par rapport à la fenêtre d'aération et qui correspond à la position de repos du mécanisme d'allumage du brûleur et l'autre active, dans laquelle il obture totalement la fenêtre d'aération. Suivant une première réalisation de cette forme d'exécution, le lit catalytique est disposé à côté de la fenêtre d'aération et il est fixe, et le volet mobile est agencé pour le couvrir en position de repos et le découvrir en fin d'actionnement du mécanisme d'allumage. Suivant une seconde réalisation de cette forme d'exécution, le lit catalytique est porté par le volet mobile sur lequel il est disposé de manière à être situé normalement à l'intérieur du volume de propagation de la flamme, mais décalé latéralement par rapport à la fenêtre d'aération, et à constituer les moyens de fermeture de la fenêtre d'aération, en fin d'actionnement du mécanisme d'allumage. Dans tous les cas, le mécanisme d'allumage peut être d'un type quelconque, mais il est avantageusement du type piézo-électrique. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution de ce brûleur cata- lytique, dans le cas de son application à un briquet: Figure 1 en est une vue de côté en élévation, suivant une première forme d'exécution; Figure 2 est une vue partielle en coupe suivant II-II de figure 1 Figure 3 est une vue de côté en élévation, similaire à figure 2, montrant une première variante de cette forme d'exécution de ce brûleur; Figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de figure 3; Figures 5 à 7 sont des vues de côté en élévation avec coupe partielle montrant une autre forme d'exécution de ce brûleur et illustrant son mode de fonctionnement; Figures 8 à 10 sont des vues de côté en élévation avec coupe partielle, similaires aux figures 5 à 7, illustrant encore une autre forme d'exécution de ce brûleur et son mode de fonctionnement. Dans toutes les formes d'exécution du brûleur catalytique de l'invention appliqué à un briquet, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes organes et ces organes connus ne seront pas décrits en détail. C'est ainsi que l'on retrouve, dans toutes les figures du dessin, le réservoir 2 de combustible gazeux en phase liquide et un mécanisme d'allu- mage piézo-électrique 3 d'un type connu avec son électrode fixe 4 disposée à proximité de l'orifice de sortie de la canalisation 5 d'alimentation en gaz et dont l'autre électrode est constituée par l'extrémité comportant cet orifice de sortie de la canalisation 5,en contact avec le mécanisme piézo-électrique 3 par l'intermédiaire du levier basculant 6 destiné à ouvrir la soupape 7 qui contrôle l'arrivée du combustible en phase gazeuse à travers l'orifice de sortie de la canalisation 5. Comme cela se comprend aisément à l'examen de l'ensemble des figures du dessin, c'est en enfonçant le poussoir 3 a du mécanisme piézo-électrique 3 dans le sens de la flèche 8 que l'on commande un pivotement du levier basculant 6 dans le sens de la flèche 9 et, par conséquent, l'ouverture de la soupape 7. Naturellement, en amont de l'orifice de sortie de la canalisation 5 est prévu un réducteur de pression non représenté sur le dessin et ayant pour effet d'assurer le passage, de la phase liquide à la phase gazeuse, du combustible stocké dans le réservoir 2. Enfin, la manoeuvre dans le sens de la flèche 8 du poussoir 3 a du mécanisme d'allumage 3 a pour effet la production d'une étincelle électrique entre l'extrémité de sortie de la canalisation 5 et l'électrode 4. Comme indiqué précédemment, l'invention vise à faire fonctionner ce brûleur par combustion catalytique après que la flamme produite à l'extrémité de sortie de la canalisation 5 ait été éteinte par une limitation de sa propagation provoquée par manque d'air ou par coincement, cette extinction n'intervenant qu'après le temps nécessaire au préchauffage d'un lit cata- lytique c'est-à-dire jusqu'à ce qu'au moins une zone de ce lit catalytique ait atteint sa température de combustion catalytique Par conséquent, jusqu'à l'extinction de la flamme née à l'extrémité sortie de la canalisation 5, ce brûleur se comporte comme un brûleur soupape classique d'un briquet d'un type connu. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, le lit catalytique I la présente la forme d'une plaque rectangulaire disposée latéralement par rapport à l'axe 12 du jet de gaz provenant de la canalisation 5 et les moyens de coincement de la flamme 13, qui est alimentée par l'étincelle produite par le mécanisme piézo-électrique 3 lors de la manoeuvre d'ouverture du brûleur soupape 5,7, sont constitués par une grille 14 a de forme cylindrique, mais de section non circulaire, comme le montre la figure 2, et qui enveloppe le lit catalytique Ila, les génératrices de cette grille 14 a étant disposées parallè- lement à l'axe 12 du jet de gaz et aux côtés longitudinaux du lit catalytique lla. Lorsque la grille 14 a est utilisée seule, avec son extrémité aval, c'est-à-dire opposée à l'orifice de sortie de la canalisation d'alimentation en gaz 5, ouverte, la longueur du lit catalytique Ila et par conséquent celle de la grille 14 a doit être suffisamment importante pour que la consommation en air de la combustion catalytique provoque l'extinction de la flamme par manque d'air, avant qu'elle n'ait atteint l'extrémité aval ouverte de la grille l 4 a. Cependant, suivant une forme de réalisation conférant à ce brûleur une meilleure sécurité de fonctionnement, en plus de la grille 14 a, est prévu un capot perforé 15 dont les perforations sont suffisamment petites pour s'opposer au passage de la flamme et provoquer son extinction par coincement, après l'amorçage de la combustion catalytique. Il faut noter que durant son existence et en raison de la position décalée du lit catalytique Ila par rapport à l'axe 12, la flamme 13 réalise le préchauffage du lit catalytique Ila en se développant et en se propageant le long de la face du lit catalytique lla tournée vers l'axe 12. Dans cet exemple, la grille 14 a constitue aussi le support du lit catalytique I la. Naturellement, les orifices de la grille 14 a, ont une dimension suffisamment petite pour provoquer l'instabilité de la flamme 13 et son extinction, mais cependant suffisamment grande pour assurer 1 ' aération nécessaire à la combustion catalytique, après extinction de la flamme 13. L'exemple illustré par les figures 3 et 4 ne diffère de celui illustré par les figures 1 et 2 que par la forme de la grille 14 b qui, dans ce nouvel exemple, est fermée par un sommet conique 14 'b et par le fait qu'au lieu d'être constitué par une plaque de forme sensiblement rectangulaire aplatie, le lit catalytique 1 lb a la forme d'un manchon cylindrique qui, comme la grille 14 b, est de section transversale annulaire, comme montré par la figure 4. Dans cet exemple, l'axe commun de la grille 14 b et du lit catalytique 1 lb est confondu avec l'axe 12 du jet de gaz sortant de la canalisation 5. Dans cet exemple comme dans le précédent, la flamme 13 se développe le long de la face interne du lit catalytique I lb et en assure le préchauffage jusqu'à l'amorçage de la réaction catalytique, avant que son extinction ne soit provoquée par coincement dû à la présence du sommet conique 14 'b de la grille 14 b qui s'oppose à son passage. Dans l'exemple illustré par les figures 5 à 7, les moyens de délimi- tation du volume de propagation de la flamme 13 sont constitués par une paroi étanche 16 constituée par un prolongement supérieur de l'enveloppe 17 du corps du briquet, cette paroi étanche 16 présentant une fenêtre d'aération 16 a normalement maintenue ouverte par un volet mobile 18 accouplé au mécanisme d'allumage 3 du briquet. Comme le montre le dessin, la paroi étanche 16 comporte une seconde ouverture 16 b fermée par une plaquette de lit catalytique l Ic qui, à l'inverse de la fenêtre 16 a, est normalement recouverte par le volet 18, mais est découverte par ce dernier, comme illustré par la figure 7, lorsque le volet 18 est manoeuvré dans le sens de la flèche 19, simultanément au mécanisme d'allumage 3, son déplacement ayant alors pour effet concomitant de fermer la fenêtre I 6 a. Dans cette forme d'exécution, le volet 18 recouvre pratiquement totalement, lorsqu'il est en position de repos, comme illustré sur la figure 5, la paroi étanche 16 et le lit catalytique lic qui délimite avec celle-ci le volume de propagation de la flamme 13 Cependant, ce volet 18 présente une fenêtre secondaire d'aération 18 a qui est légèrement décalée en amont de la fenêtre principale 16 a lorsque le volet 18 est en position de repos, comme illustré sur la figure 5. Cette disposition a pour effet que la manoeuvre du volet 18 dans le sens de la flèche 19 ne provoque pas immédiatement la fermeture de la fenêtre d'aération 16 a et, par conséquent, ménage à cette dernière un temps d'ouverture suffisant pour que la flamme transitoire 13 ait le temps d'amener le lit catalytique lic à sa température d'amorçage de la combustion catalytique. Comme le montre la figure 6, lorsque la flamme 13 est produite, la fenêtre d'aération 16 a n'est pas encore obturée par le volet 18 et peut se propager à l'intérieur de son volume de propagation Ce n'est qu'en fin de manoeuvre du volet 18 dans le sens de la flèche 19, comme l'illustre la figure 7, que la fenêtre 16 a est entièrement fermée par le volet 18, dont la fenêtre secondaire 18 a est totalement décalée par rapport à la fenêtre 16 a, que la flamme 13 s'éteint par coincement. Simultanément, le volet 18 découvre totalement le lit catalytique Ilc qui, ayant atteint sa température de préchauffage, assure la combustion catalytique du combustible délivré en phase gazeuse par la canalisation 5. L'exemple illustré par les figures 8 à 10 est une variante de celui illustré par les figures 5 à 7 En effet, dans ce dernier exemple, le lit catalytique I ld est porté par le volet 18, dans une position décalée par rapport à la fenêtre d'aération secondaire 18 a de ce dernier, de telle sorte que, lorsque le déplacement du volet 18 dans le sens de la flèche 19, comme illustré sur les figures 9 et 10, est effectué, la fenêtre secondaire 18 a est progressivement décalée par rapport à la fenêtre d'aération 16 a de la paroi étanche 16, tandis que le lit catalytique 1 ld est progressivement amené en coïncidence avec cette fenêtre d'aération 16 a au lieu et place de la fenêtre secondaire 18 a du volet 18. Comme dans l'exemple précédent, le lit catalytique Ild participe à la délimitation du volume de propagation de la flamme 13, mais dans cet exemple, c'est le lit catalytique Ild qui fait office de moyens de fermeture de la fenêtre d'aération 16 a de la paroi étanche 16. REVENDICATIONS 1 Brûleur catalytique du type fonctionnant avec des hydrocarbures gazeux à air secondaire, c'est-à-dire à air prélevé dans le volume de propagation d'une flamme transitoire ou "de diffusion", caractérisé en ce que, d'une part, il n'est prévu qu'un seul conduit ( 5) d'alimentation en gaz combustible et, d'autre part, le lit catalytique (la à Ild), qui participe à la délimitation d'un volume de propagation de la flamme ( 13), est disposé, au moins lors de l'allumage de la flamme ( 13) et pendant le temps de préchauf- fage, c'est-à-dire pendant le temps nécessaire à l'élévation de sa température à la valeur exigée par la combustion catalytique, avec un décalage latéral par rapport au flux de gaz combustible sortant du conduit ( 5) d'alimentation en gaz combustible, tandis que sont prévus des moyens de limitation de la propagation de la flamme ( 13), en fin de période d'échauffement du lit catalytique ( 1 la à 1 ld), c'est-à-dire lorsqu'au moins une zone du lit catalytique (Ila à l 1 d) a atteint la température d'amorçage de la combustion catalytique. 2 Brûleur catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de limitation de la propagation de la flamme ( 13), en fin de période d'échauffement du lit catalytique (Ila,llb), sont constitués par une grille ( 14 a,14 b) présentant des orifices de faible section et délimitant, avec le lit catalytique (lla,llb), un volume de propagation de la flamme ( 13) suffisamment peu aéré pour provoquer, par son instabilité, son coincement et son extinction par manque d'air, après un temps sensiblement égal au temps de préchauffage, mais suffisamment aéré pour permettre la combustion catalytique. 3 Brûleur catalytique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille ( 14 a,14 b) qui délimite, avec le lit catalytique (Ila,llb), le volume de propagation de la flamme ( 13), constitue le support du lit catalytique (l la, 1 lb). 4 Brûleur catalytique selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que la grille ( 14 a) est cylindrique et la longueur du lit catalytique (la) qu'elle enveloppe est suffisamment importante pour limiter la propagation de la flamme par manque d'air en raison de la consommation en air de la combustion catalytique à ses débuts. 5 Brûleur catalytique selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il est prévu, en plus de la grille ( 14 a), un capot ( 15) enveloppant cette grille ( 14 a) et présentant des perforations de dimensions suffisamment petites pour provoquer le coincement de la flamme. 6 Brûleur catalytique selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la grille ( 14 b,14 'b) support du lit catalytique (Ilb), présente une forme cylindro-conique, c'est-à-dire qu'elle comporte une partie ( 14 b) de forme cylindrique, de section circulaire ou autre, son extrémité la plus éloignée du brûleur étant formée par une partie coaxiale ( 14 'b) conique ou de forme similaire, tandis que le lit catalytique présente la forme d'un manchon cylindrique (I lb) entièrement enveloppé par la partie cylindrique ( 14 b) de la grille. 7 Brûleur catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de propagation de la flamme ( 13) est délimité, en complément du lit catalytique (Ilc,lld), par une paroi sensiblement étanche ( 16) et présen- tant, dans l'axe ( 12) de l'orifice de sortie du conduit ( 5) d'alimentation en gaz combustible, une fenêtre d'aération ( 16 a) et les moyens de limitation de la propagation de la flamme ( 13) sont constitués par des moyens mobiles de fermeture de la fenêtre ( 16 a), accouplés au mécanisme d'allumage ( 3) du brûleur, de manière à provoquer l'extinction de la flamme ( 13) par coincement, dès que le lit catalytique (llc,lld), échauffé par elle, a atteint la température de combustion catalytique. 8 Brûleur catalytique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de fermeture de la fenêtre d'aération ( 16 a) sont constitués par un volet ( 18) mobile entre deux positions extrêmes, l'une de repos, dans laquelle il est totalement effacé par rapport à la fenêtre d'aération ( 16 a) et qui correspond à la position de repos du mécanisme d'allumage ( 3) du brûleur et l'autre active, dans laquelle il obture totalement la fenêtre d'aération ( 16 a). 9 Brûleur catalytique selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le lit catalytique (Ilc) est disposé à côté de la fenêtre d'aération (I la) et il est fixe, et le volet mobile ( 18) est agencé pour le couvrir en position de repos et le découvrir en fin d'actionnement du mécanisme d'allumage ( 3). Brûleur catalytique selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le lit catalytique (Ild) est porté par le volet mobile ( 18) sur lequel il est disposé de manière à être situé normalement à l'intérieur du volume de propagation de la flamme ( 13), mais décalé latéralement par rapport à la fenêtre d'aération ( 16 a), et à constituer les moyens de fermeture de la fenêtre d'aération ( 16 a), en fin d'actionnement du mécanisme d'allumage ( 3). il Il Brûleur catalytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme d'allumage ( 3) est du type piézo-électrique.