Brevet FR2705760A1 — publié le 19941202

L'invention concerne les brûleurs à gaz pour montgolfières. L'air emmagasiné dans l'enveloppe d'une montgolfière est chauffé grâce à un foyer situé à la partie inférieure du ballon et constitué de nos jours par un brûleur à gaz. Les brûleurs traditionnels sont alimentés en gaz combustible , en général en gaz liquéfié tel que le propane, par au moins une arrivée de gaz reliée à la tubulure de sortie d'un serpentin de réchauffage associé dont la tubulure d'entrée est branchée sur un organe d'alimentation générale. On trouve ainsi soit un brûleur unique à buse de sortie cylindrique (associé à un serpentin unique), soit deux brûleurs symétriques également à buse de sortie cylindrique (associés à deux serpentins coaxialement imbriqués). Le fait que la flamme reçoive directement le gaz au travers d'un serpentin (simple ou double) soumis au rayonnement de la flamme, avec une éjection de gaz essentiellement ponctuelle et unidirectionnelle, génère toujours des ondes sonores plus ou moins gênantes. Un tel phénomène est bien connu des aérostiers. En particulier, on a pu constater la présence d'ultrasons, et d'une intensité de bruit supérieure à 87 décibels, voire à 97 décibels. Ce bruit extrêmement gênant au sol pour les animaux, notamment les vaches en pâture, ce qui provoque de plus en plus de plaintes adressées aux aérostiers. En outre, l'agencement de la buse de sortie cylindrique (simple ou double) exige de grandes précautions lors de l'orientation du cadre orientable de la nacelle, pour éviter que la flamme se rapproche trop de l'enveloppe de la montgolfière, et de plus ne permet pas toujours de se protéger contre les effets d'un coup de vent. Enfin, le rayonnement de la flamme oblige les aérostiers à être à distance suffisante du brûleur, ce qui ne facilite pas le contrôle visuel de la flamme. L'invention a pour but de résoudre ce problème, en concevant un brûleur à gaz ne présentant pas les inconvénients et limitations précités. L'invention a ainsi pour principal objet de réaliser un brûleur à gaz dont la structure et l'agencement permettent d'éviter l'émission de bruits indésirables (en particulier les bruits nuisibles pour les animaux domestiques). L'invention a aussi pour objet de réaliser un brûleur à gaz qui améliore le confort de vol des aérostiers. I1 s'agit plus particulièrement d'un brûleur à gaz pour montgolfière, alimenté en gaz combustible par au moins une arrivée de gaz reliée à la tubulure de sortie d'un serpentin de réchauffage associé dont la tubulure d'entrée est branchée sur un organe d'alimentation générale, caractérisé en ce qu'il est constitué d' au moins deux anneaux concentriques alimentés individuellement en gaz et présentant chacun des orifices d'éjection de gaz, pour structurer la flamme du brûleur en une pluralité de flammes concentriques, les orifices d'éjection de gaz de l'anneau extérieur étant en outre agencés pour produire un écoulement très régulier du gaz, de façon que la flamme formée sur cet anneau extérieur constitue un rideau sonique pour les turbulences de la flamme formée sur l'anneau ou les anneaux intérieurs. Conformément à un mode d'exécution possible, certains au moins des anneaux concentriques sont réalisés sous la forme d'un profilé torique creux présentant en face supérieure des orifices déjection de gaz sous forme de trous ou de rainures. De préférence alors, l'anneau extérieur présente un très grand nombre d'orifices de très faible section agencés en couronnes circulaires, tandis que l'anneau ou les anneaux intérieurs présentent des orifices de section plus importante, également agencés en couronne(s) circulai re(s). En variante, certains au moins des anneaux concentriques sont réalisés sous forme d'un élément torique poreux dans sa masse, notamment en métal fritté ou en céramique. Avantageusement encore, l'alimentation en gaz de l'anneau ou des anneaux intérieurs est assurée de proche en proche, à partir de l'anneau extérieur, par des tubes de raccordement associés agencés radialement. Il est également intéressant que certains au moins des anneaux concentriques présentent une section transversale de forme rectangulaire ou carrée. De préférence encore, l'anneau extérieur est alimenté en gaz par deux arrivées de gaz diamétralement opposées et reliées chacune à la tubulure de sortie d'un serpentin de réchauffage associé. Avantageusement alors, l'anneau extérieur porte deux tubes coudés d'alimentation qui sont rigidement solidaires de la paroi latérale extérieure ou intérieure dudit anneau, chaque tube coudé se terminant par un organe de raccordement assurant une liaison démontable avec les tubulures de sortie des serpentins de réchauffage. Selon une autre caractéristique avantageuse, les anneaux concentriques sont logés dans une carcasse qui supporte le ou les serpentins de réchauffage, et dont la paroi latérale présente des ouvertures de passage d'air, un tamis fin étant agencé en arrière de chacune de ces ouvertures pour stabiliser l'arrivée de l'air aspiré par le gaz éjecté de ces anneaux concentriques. En particulier, la carcasse est doublée intérieurement d'un écran en tamis métallique très fin qui concerne toutes les ouvertures latérales de ladite carcasse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures où - la figure 1 est une vue en coupe illustrant un foyer de montgolfière avec un brûleur conforme à l'invention, ici associé à un double serpentin de réchauffage et monté dans une carcasse ajourée; - la figure 2 est vue en élévation de l'ensemble précédent (tournée à 1800), avec des arrachements pratiqués dans le tamis métallique qui double intérieurement la carcasse; - la figure 3 est vue de dessus d'un brûleur conforme à l'invention, ici à deux anneaux concentriques; - la figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 3, permettant de mieux distinguer le raccordement entre les deux anneaux, qui sont ici réalisés sous la forme d'un profilé torique creux. Les figures I et 2 permettent de distinguer un foyer 10 de montgolfière avec un brûleur 30 conforme à la l'invention, associé à un double serpentin de réchauffage du gaz 14.1 et 14.2 et monté dans une carcasse 11. La carcasse 11 a la forme d'un baquet de révolution, dont la margelle supporte des cornières 12 régulièrement réparties autour de l'axe X du foyer 10, chacune de ces cornières présentant une plaque intérieure 13 de maintien, de façon à supporter les spires de deux serpentins 14.1 et 14.2 coaxiaux et imbriqués mutuellement l'un dans l'autre. Chaque serpentin 14.1 et 14.2 comporte une tubulure d'entrée essentiellement verticale 15.1, 15.2 qui est branchée sur un organe d'alimentation générale 18, et une tubulure de sortie 16.1, 16.2. Conformément à un agencement traditionnel, pour un foyer à double serpentin de réchauffage, les deux tubulures de sortie 16.1 et 16.2 sont sensiblement verticales et diamétralement opposées par rapport à l'axe X précité. L'organe d'alimentation générale 18 comporte ici un connecteur à raccordement rapide 20 et un filtre 21 qui saillent à l'extérieur de la carcasse 11, le connecteur étant relié par un flexible (non représenté ici) à une bouteille de gaz liquéfié, tel que du propane, embarquée à bord de la montgolfière. L'organe d'alimentation générale 18 pénètre à l'intérieur de la carcasse 11, en partie basse de celle-ci, en comprenant une robinetterie d'alimentation 29, et un croisillon 22 qui assure l'alimentation d'une veilleuse 24 agencée selon l'axe X. Un certain nombre d'équipements sont également prévus, de type conventionnel pour des foyers de montgolfière, de sorte que ces équipements seront seulement rappelés succinctement : on trouve ainsi une poignée d'alimentation en tout ou rien 23, un allumeur piézo-électrique 25 relié à un actionneur associé 26 qui est commandé par un bouton extérieur 27, et un deuxième robinet 28 pour une ouverture douce (classique pour les brûleurs dits "à vache"), la poignée 23, le bouton 27 et le robinet 28 saillant en dessous du fond 29 de la carcasse 11. Le gaz combustible arrive donc par l'organe d'alimentation générale 18, et son écoulement se divise dans les deux tubulures d'entrée 15.1 et 15.2 des deux serpentins 14.1 et 14.2, pour arriver finalement, par les tubulures de sortie 16.1 et 16.2 de ces deux serpentins, à des organes de raccordement 32, par lesquels on assure le montage du brûleur à gaz 30 et dont la structure et l'agencement vont être décrits ci-après plus en détail. Pour mieux appréhender la structure possible d'un brûleur à gaz conforme à l'invention, il convient de se référer aux figures 3 et 4. Conformément à un aspect essentiel de l'invention, le brûleur à gaz 30 est constitué d'au moins deux anneaux concentriques (ici deux anneaux 33,34), alimentés individuellement en gaz et présentant chacun des orifices d'éjection de gaz, pour structurer la flamme du brûleur en une pluralité de flammes concentriques, les orifices déjection de gaz de l'anneau extérieur 33 étant en outre agencés pour produire un écoulement très régulier du gaz, de façon que la flamme formée sur cet anneau extérieur constitue un rideau sonique pour les turbulences de la flamme formée sur l'anneau ou les anneaux intérieurs (ici un seul anneau intérieur 34). Ainsi, à la différence des buses des brûleurs conventionnels, la flamme du brûleur est structurée en une pluralité de flammes circulaires organisées à la surface d'anneaux concentriques, dont le nombre sera choisi en fonction de la puissance désirée. En l'espèce, on a illustré un brûleur à deux anneaux concentriques 33,34, qui sont chacun réalisés sous la forme d'un profilé torique creux présentant en face supérieure des orifices d'éjection de gaz réalisés sous la forme de trous ou de rainures. Ainsi que cela est mieux visible sur la coupe de la figure 4, le profilé torique creux formant l'anneau 33 est constitué par un profilé en U 33.1 à l'extrémité duquel on a brasé une bride circulaire 33.2. De même, l'anneau intérieur 34 est ici réalisé à partir d'un profilé en U 34.1 sur lequel on a brasé une bride circulaire 34.2. Chacun des anneaux concentriques 33,34 présente ici une section transversale essentiellement carrée, mais ceci ne constitue naturellement qu'un exemple possible. L'avantage d'une telle section est que l'on dispose d'une face supérieure en forme de couronne plate, respectivement 36 ou 37, pour les anneaux 33 et 34, face supérieure sur chacune desquelles on a pratiqué des orifices d'éjection de gaz sous la forme de trous ou de rainures. En l'espèce, l'anneau extérieur 33 présente un très grand nombre d'orifices de très faible section, ici agencés en deux couronnes circulaires concentriques 38,39, tandis que l'anneau intérieur 34 présente des orifices de section plus importante, également agencés en deux couronnes circulaires 40,41. A titre indicatif, pour un brûleur dont l'anneau extérieur 33 présente un diamètre de 150 mm, et l'anneau intérieur 34 présente un diamètre de 85 mm, avec, pour chacun de ces anneaux, une section de passage rectangulaire d'environ 100 mm2, on pourra prévoir, pour chacune des couronnes 38 et 39, un ensemble de 200 trous de 0,3 mm de diamètre, et, pour chacune des couronnes 40,41, un ensemble de 50 trous de 0,52 mm de diamètre. Ainsi, l'anneau extérieur 33 présente un très grand nombre de petits trous déjection de gaz qui permettent à la fois d'avoir un écoulement très régulier du gaz au niveau de la face supérieure 36 de cet anneau, c'est-à-dire un écoulement pratiquement exempt de turbulences, et de disposer aussi de suffisamment d'énergie cinétique pour aspirer l'air environnant fournissant l'oxygène de combustion, et ceci sans à-coups. Alors, la flamme formée sur cet anneau extérieur 33 constitue un véritable rideau sonique pour les turbulences de la flamme formée sur l'anneau intérieur 34, cette dernière flamme donnant la puissance requise, mais dont les turbulences engendrant les nuisances soniques précitées ne peuvent passer au travers du rideau de la flamme extérieure. Ce rideau sonique est certes de hauteur limitée, mais, il est cependant capable de canaliser vers le haut les éventuelles nuisances soniques, de sorte que l'on parvient à supprimer les bruits nuisibles pour les animaux, en particulier les animaux domestiques. On arrive ainsi à structurer la flamme du brûleur en limitant considérablement, voire en supprimant, les turbulences de la flamme génératrice de nuisances et en faisant barrière à ces nuisances dans le cas de forte puissance requise pour le ballon. On réalise ainsi un véritable brûleur écologique par la combinaison d'un rideau de flamme extérieure exempt de turbulences faisant barrière sonique pour les nuisances éventuellement produites par les rideaux intérieurs de la flamme de puissance. La notion d'orifice doit naturellement être comprise dans un sens large dans le cadre de l'invention, dans la mesure où il ne s'agira pas nécessairement de trous ou rainures usinés dans la paroi d'un profilé creux. En particulier, on pourra prévoir de réaliser certains au moins des anneaux concentriques 33,34 sous forme d'un élément torique poreux dans sa masse, notamment en métal fritté ou en céramique. Dans ce cas, le gaz passant dans de tels éléments toriques poreux s'échappe par tous les pores de cet élément sans qu'il y ait concentration de flamme le long d'une couronne déterminée. On sait aujourd'hui réaliser des structures poreuses capables de produire un écoulement très régulier du gaz, de façon à obtenir l'effet technique, fondamental dans le cadre de l'invention, d'un rideau sonique formé sur l'anneau extérieur du brûleur à gaz. L'alimentation en gaz de l'anneau ou des anneaux intérieurs est de préférence assurée de proche en proche à partir de l'anneau extérieur 33, par des tubes de raccordement associés agencés radialement. On a illustré ici un raccordement assuré par deux tubes 35 joignant la paroi latérale intérieure de l'anneau extérieur 33 à la paroi latérale extérieure de l'anneau intérieur 34. On pourra par exemple utiliser, pour le dimensionnement qui a été précédemment cité à titre d'exemple, deux tubes de cuivre de 8 mm de diamètre. L'anneau extérieur 33 est quant à lui alimenté en gaz par deux arrivées de gaz 31, qui sont diamétralement opposées, et reliées chacune à la tubulure de sortie du serpentin de réchauffage associé 14.1,14.2. En l'espèce, l'anneau extérieur 33 porte deux tubes coudés d'alimentation 31, qui sont visibles sur la figure 1, ces tubes étant rigidement solidaires de la paroi latérale extérieure de l'anneau 33, et se terminant par un organe de raccordement 32.1 assurant une liaison démontable avec les tubulures de sortie des deux serpentins de réchauffage, par les connecteurs de raccordement 32 déjà mentionnés plus haut. Ainsi, le brûleur à gaz 30, avec ses anneaux concentriques, est suspendu par les deux tubes coudés diamétralement opposés 31, de sorte que son maintien en place à la bonne position est parfaitement assure. La structure de la flamme en rideaux concentriques extrêmement fins facilite en outre l'orientation générale de la flamme lorsque l'aérostier agit sur le cadre orientable 17 de la nacelle, et la suppression de l'effet de pointage que l'on obtenait avec les buses cylindriques verticales des brûleurs conventionnels, permet de diminuer considérablement les risques d'enflammer l'enveloppe du ballon. Les anneaux concentriques 33,34 sont logés dans une carcasse 11 qui supporte le ou les serpentins de réchauffage, et la paroi latérale 45 de cette carcasse présente en l'espèce des ouvertures de passage d'air 42. On a en outre prévu un tamis fin 43 en arrière de chacune de ces ouvertures pour stabiliser l'arrivée de l'air aspiré par le gaz ejecté des anneaux concentriques. On aurait pu prévoir des grilles associées individuellement à chacune des ouvertures 42, mais on a illustré ici un mode de réalisation particulièrement avantageux selon lequel la carcasse 11 est doublée intérieurement d'un écran 43 en tamis métallique très fin qui concerne simultanément toutes les ouvertures latérales 42 de ladite carcasse. L'écran 43 en tamis métallique joue un rôle important pour la stabilisation de la régulation d'air, en particulier en évitant tout effet néfaste de coup de vent, et il procure également d'autres avantages importants au regard des problèmes thermiques. En effet, cet écran évite le rayonnement de la flamme en formant, pour le pilote et les passagers de la montgolfière, une véritable barrière de protection thermique. On améliore ainsi très sensiblement le confort de vol pour les usagers. En outre, il convient de mentionner également un effet supplémentaire qui est favorable au rendement du brûleur, dans la mesure où l'air qui est aspiré au travers du tamis métallique très fin subit à la traversée de ce tamis un préchauffage, de sorte que cette récupération du rayonnement permet d'améliorer sensiblement le rendement du brûleur. Dans la pratique, on pourra utiliser un tamis très fin en acier inoxydable, avec un fil de 0,5 mm de diamètre, et un maillage aussi fin que possible. Ainsi que cela a été représenté sur la figure 2, la carcasse 11 présentera de préférence de larges ouvertures 42 permettant d'obtenir un débit suffisant d'air extérieur aspiré par le gaz pour l'apport d'oxygène de combustion. Il convient également de noter que la transparence relative du tamis métallique très fin permet au pilote de surveiller à tout moment la flamme à travers le tamis, sans avoir à subir les nuisances du rayonnement de celle-ci. Il va de soi que l'on pourra modifier de nombre et/ou le diamètre des trous déjection de gaz, ainsi que le nombre des rideaux de flamme, en fonction des gammes de puissance ou de silence recherchées. Si l'on cherche à obtenir une diffusion optimale de la flamme à la surface des anneaux concentriques, on pourra alors utiliser un matériau tel qu'une céramique poreuse ou du métal fritté. On est ainsi parvenu à réaliser un brûleur à gaz dont la structure et l'agencement permettent d'éviter l'émission de bruits indésirables (en particulier des bruits nuisibles pour les animaux domestiques), tout en améliorant le confort de vol pour les aérostiers. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Brûleur à gaz pour montgolfière, alimenté en gaz combustible par au moins une arrivée de gaz reliée à la tubulure de sortie d'un serpentin de réchauffage associé dont la tubulure d'entrée est branchée sur un organe d'alimentation générale, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins deux anneaux concentriques (33,34) alimentés individuellement en gaz et présentant chacun des orifices d'éjection de gaz, pour structurer la flamme du brûleur en une pluralité de flammes concentriques, les orifices déjection de gaz de l'anneau extérieur (33) étant en outre agencés pour produire un écoulement très régulier du gaz, de façon que la flamme formée sur cet anneau extérieur constitue un rideau sonique pour les turbulences de la flamme formée sur l'anneau ou les anneaux intérieurs (34). 2. Brûleur selon revendication 1, caractérisé en ce que certains au moins des anneaux concentriques (33,34) sont réalisés sous la forme d'un profilé torique creux présentant en face supérieure des orifices déjection de gaz (38,39;40,41) sous forme de trous ou de rainures. 3. Brûleur selon revendication 2, caractérisé en ce que l'anneau extérieur (33) présente un très grand nombre d'orifices de très faible section agencés en couronnes circulaires (38,39), tandis que l'anneau ou les anneaux intérieurs (34) présentent des orifices de section plus importante, également agencés en couronne(s) circulaire(s) (40,41). 4. Brûleur selon revendication 1, caractérisé en ce que certains au moins des anneaux concentriques (33,34) sont réalisés sous forme d'un élément torique poreux dans sa masse, notamment en métal fritté ou en céramique. 5. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alimentation en gaz de l'anneau ou des anneaux intérieurs (34) est assurée de proche en proche, à partir de l'anneau extérieur (33), par des tubes de raccordement (35) associés agencés radialement. 6. Brûleur selon lune des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que certains au moins des anneaux concentriques (33,34) présentent une section transversale de forme rectangulaire ou carrée. 7. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'anneau extérieur (33) est alimenté en gaz par deux arrivées de gaz (31) diamétralement opposées et reliées chacune à la tubulure de sortie d'un serpentin de réchauffage associé (14.1,14.2). 8. Brûleur selon revendication 7, caractérisé en ce que l'anneau extérieur (33) porte deux tubes coudés d'alimentation (31) qui sont rigidement solidaires de la paroi latérale extérieure ou intérieure dudit anneau, chaque tube coudé se terminant par un organe de raccordement (32.1) assurant une liaison démontable avec les tubulures de sortie des serpentins de réchauffage. 9. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les anneaux concentriques (33,34) sont logés dans une carcasse (11) qui supporte le ou les serpentins de réchauffage (14.1,14.2), et dont la paroi latérale (45) présente des ouvertures de passage d'air, un tamis fin (43) étant agencé en arrière de chacune de ces ouvertures (42) pour stabiliser l'arrivée de l'air aspiré par le gaz éjecté de ces anneaux concentriques. 10. Brûleur selon revendication 9, caractérisé en ce que la carcasse est doublée intérieurement d'un écran (43) en tamis métallique très fin qui concerne toutes les ouvertures latérales (42) de ladite carcasse.