Brevet FR2708337A1 — publié le 19950203

APPAREIL DE CHAUFFAGE AVEC BRULEUR CATALYTIQUE, ET UN DISPOSITIF DE VISUALISATION DE SON ALLUMAGE La présente invention concerne un appareil de chauffage, avec bruleur catalytique. Par ',appareil de chauffage", on entend de manière générale tout appareil portatif ou non, intégrant ou raccordé à une source de gaz combustible, utilisant la chaleur de combustion produite par le brûleur catalytique à différentes fins, telles que cuisson, chauffage, soudure, génération d'air chaud, frisage des cheveux, etc..., et comportant éventuellement d'autres éléments ou organes permettant l'usage dudit appareil pour la fin ou destination retenue, par exemple une panne de soudure, si l'usage retenu pour l'appareil est le soudage. Par "brûleur catalytique", on entend tout ensemble permettant de brûler un gaz combustible, par mélange de ce dernier avec de l'air dit primaire, en amont d'une structure catalytique, combustion sans flamme dudit mélange lors de son passage au travers de la structure catalytique, et évacuation des fumées de combustion par la face aval de cette même structure. Un tel brûleur selon l'invention, dit "à air induit", doit être distingué des brûleurs catalytiques dits "à air secondaire, pour lesquels le gaz combustible passe directement au travers de la structure catalytique, et est brûlé sans flamme sur la face aval de ladite structure catalytique, par mélange avec l'air ambiant. Par "structure catalytique" ou structure de combustion catalytique, on entend toute structure perméable au mélange à brûler, et suffisamment épaisse pour générer une perte de charge lors du passage dudit mélange, de la face amont à la face aval de ladite structure. Cette structure s'étend en surface transversalement ou perpendiculairement à la direction de passage du mélange à brûler. Cette structure comprend un support inerte vis-à-vis du mélange à brûler, du gaz combustible, et des gaz de combustion, et mécaniquement résistant aux températures élevées générées par la combustion catalytique. Ce support est revêtu, au moins sur sa ou ses surfaces internes, directement ou indirectement, par une matière catalytique proprement dite, telle que platine ou sels de platine, catalysant la combustion. Ressortent de la définition précédente, d'une part les structures catalytiques, dites en "nid d'abeille", consistant en une tranche ou un noyau d'un matériau réfractaire tel que céramique, traversé par une pluralité de canaux transversaux adjacents, et d'autre part des structures du type tissu ou tamis catalytique. Conformément au document EP-A-O 520 913, on a décrit un appareil de chauffage comprenant un brûleur à gaz catalytique et à air induit, ainsi qu'un récepteur thermique consommant l'essentiel de la chaleur générée par le brûleur catalytique. Ce dernier comprend un organe d'éjection d'un flux de gaz combustible, un organe d'admixtion d'air primaire audit flux pour obtenir un mélange à brûler, une chambre de distribution dudit mélange, et une structure de combustion catalytique, traversée par le mélange, de sa face amont en relation avec la chambre de distribution, à sa face aval évacuant les fumés de combustion. Le récepteur thermique s'étend en vis-à-vis de la face amont de la structure catalytique, selon pratiquement toute la surface de cette dernière, pour recevoir la chaleur émise par ladite surface. En correspondance, le récepteur thermique est agencé et construit pour dissiper, du côté opposé à la face amont de la structure catalytique, au moins une partie sinon la majeure partie de 1 l'énergie thermique reçue de la face amont de la structure catalytique. Et, selon le document EP-A-O 520 913, préférentiellement, l'appareil de chauffage consiste en un réchaud de cuisson, et à cette fin, le récepteur thermique est disposé sensiblement horizontalement, pour le support d'une charge thermique. Un appareil de chauffage tel que précédemment défini est caractérisé par la configuration inversée, à savoir sens dessus dessous, du brûleur catalytique, alors que la plupart de ceux-ci sont mis en oeuvre avec la face amont de la structure catalytique, disposée au-dessous, et la face aval au-dessus. En pratique, l'utilisation d'une telle configuration inversée du brûleur catalytique ne permet pas à l'utilisateur de visualiser son fonctionnement pendant la période d'allumage ou d'amorçage de la combustion catalytique, qui n' est pas instantanée à la différence d'un brûleur à flamme nue, et qui peut durer plusieurs secondes. En effet, l'allumage d'un brûleur catalytique tel que défini précédemment s'effectue en trois phases, à savoir - une phase de combustion à flamme nue, sur la face aval de la structure catalytique, et par conséquent sous cette dernière, et donc cachée à la vue de l'utilisateur - un passage en fonctionnement catalytique, suite à l'échauffement de la structure catalytique par les flammes nues ; - la progression de la réaction catalytique, de la face aval à la face amont de la structure catalytique, cette dernière étant alors portée à l'incandescence, et par conséquent apparente à la vue de l'utilisateur. Pour la sécurité d'utilisation d'un appareil de chauffage tel que précédemment défini, il a été recherché différents moyens permettant de visualiser rapidement le fonctionnement du brûleur, dans la phase d'allumage, c'est-à-dire avant que le front de combustion catalytique n'apparaisse du côté de la face amont de la structure catalytique. En pratique, différents moyens de visualisation peuvent être envisagés. Ainsi, on peut envisager la mise en oeuvre d'un voyant lumineux électrique, tel qu'une diode électroluminescente, commandée par un moyen de détection thermique du brûleur, tel qu'un thermo-couple ou un bilame, situé au voisinage du brûleur catalytique. Une telle solution nécessite l'utilisation d'une énergie électrique extérieure, qu'il s'agisse d'une pile ou d'un cordon électrique, ce qui pose alors un problème d'autonomie et de prix. A partir d'un thermo-couple situé au voisinage du brûleur catalytique, on peut aussi adopter un voyant constitué par un galvanomètre à aiguille. Mais le capteur et les composants pour la mise en oeuvre d'un tel galvanomètre sont beaucoup trop sensibles à la chaleur, pour résister, par exemple, à une utilisation prolongée de l'appareil de chauffage. Aucun des moyens précités ne s'avère en pratique satisfaisant. La présente invention a pour objet un dispositif de visualisation de l'allumage du brûleur catalytique d'un appareil de chauffage tel que défini précédemment, permettant une visualisation continue du bon fonctionnement du brûleur catalytique, pendant la totalité de sa période d'allumage. L'invention a aussi pour objet un dispositif de visualisation, à réponse rapide, et complètement autonome, au sens où il ne nécessite pas une autre source d'énergie, par exemple électrique. Un dispositif de visualisation selon l'invention comprend un conduit de dérivation d'une partie des gaz sortant de la face aval de la structure catalytique, en communication, du coté amont avec un orifice de piquage desdits gaz, selon une section limitée de la face aval de la structure catalytique, et du côté aval avec un orifice de sortie dans le travers duquel se situe un moyen d'accrochage d'une flamme nue de combustion. Un élément d'incandescence est disposé en relation avec l'orifice de sortie, pour être porté à l'incandescence par la flamme nue. Dès lors, avec un tel dispositif particulièrement simple, la visualisation du fonctionnement du brûleur catalytique s'effectue comme suit lors de la période d'allumage - la flamme d'allumage se stabilise sur la face aval de la structure catalytique, sauf à l'endroit de l'orifice de piquage du dispositif de visualisation ; un mélange de gaz combustible et d'air comburant, non braillé dans la structure catalytique, se trouve prélevé par le conduit de dérivation, et s'allume spontanément dans l'orifice de sortie, avec une petite flamme accrochée dans ce dernier, portant à l'incandescence ledit élément d'incandescence, par exemple un fil métallique réfractaire ; l'incandescence intervient tres rapidement, par exemple au bout de trois à cinq secondes - lors du passage de la combustion à flamme nue à la combustion catalytique, cette dernière n'intervient pas selon la section correspondant à l'orifice de piquage, puisque celle-ci n'a pu être échauffée par la flamme d'allumage ; la combustion à flamme nue dans l'orifice de sortie se poursuit, toujours avec incandescence - puis le front de combustion catalytique progresse de la face aval à la face amont de la structure catalytique pour les mêmes raisons que précédemment, la flamme nue présente dans l'orifice de sortie du dispositif de visualisation demeure, avec incandescence - il y a donc pendant un certain temps coexistence, d'une part de l'incandescence ou du rougeoiement visible sur la face amont de la structure catalytique, sauf dans le prolongement de l'orifice de piquage, et d'autre part de l'incandescence dans l'orifice de sortie du dispositif de visualisation - puis progressivement, la partie de la structure catalytique correspondant à la section de prélèvement de l'orifice de piquage du dispositif de visualisation, s'échauffe par conduction, puis passe à un fonctionnement en combustion catalytique ; dès cet instant, la flamme nue dans l'orifice de sortie du dispositif de visualisation s'éteint, puisque n'étant plus alimenté par du gaz combustible - dès cet instant, le fonctionnement du brûleur catalytique peut être visualisé complètement par le rougeoiement de la face amont, tandis que le dispositif de visualisation s'éteint. En définitive, selon la description précédente, pendant toute la phase d'allumage, l'élément d'incandescence du dispositif de visualisation prend la place de la face amont du brûleur catalytique, pour visualiser le bon fonctionnement de ce dernier. De manière essentielle, on notera l'extrême simplicité du dispositif de visualisation selon l'invention, et son fonctionnement parfaitement autonome, sans surcoût important Et pendant le fonctionnement normal, aucune flamme annexe ne vient perturber ou contrarier le fonctionnement du brailleur catalytique. La présente invention est maintenant décrite à titre d'exemple non limitatif, par référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente, de manière schématique, une vue en coupe verticale d'un appareil de chauffage selon la présente invention, du type réchaud de cuisson - la figure 2 représente une vue du réchaud de cuisson représenté à la figure 1 - la figure 3 représente une vue de dessus, à échelle agrandie, d'une partie du dispositif de visualisation selon l'invention - la figure 4 représente, de manière schématique, une vue en coupe verticale d'un appareil de chauffage selon l'invention, intégré dans une table de cuisson. L'appareil de chauffage représenté aux figures 1 et 2 comprend de manière générale, d'une part un brûleur catalytique 1, plus particulièrement décrit ci-après, et un récepteur thermique 2, constitué par une galette circulaire d'une vitro-céramique, ce récepteur consommant au moins une partie de la chaleur générée par le brûleur catalytique 1, et étant disposé pour recevoir une charge thermique sur sa face externe 2b, par exemple un récipient dans lequel on effectue une cuisson. L'ensemble précédemment décrit est disposé verticalement, le récepteur thermique 2 est placé audessus du brûleur catalytique 1, et la circulation des gaz s'effectue verticalement, de haut en bas, puis de bas en haut comme décrit ci-après ; et le récepteur thermique 2 se trouve disposé sensiblement horizontalement. Le brûleur catalytique 1 comprend ou associe - un organe 3 d'éjection d'un flux ou jet de gaz combustible, par exemple un injecteur - un organe 4 d'admixtion d'air primaire au flux de gaz combustible, pour obtenir un mélange à brûler, circulant dans un conduit 7, disposé selon l'axe de la galette 2 en vitro-céramique ; cet organe d'admixtion consiste simplement en un espace ménagé entre la sortie de l'injecteur 3 et l'entrée du tube 7, de manière à y introduire de l'air primaire, par l'aspiration provoquée par l'éjection du flux de gaz combustible - une chambre de distribution 5, ayant la forme d'un cylindre, disposée entre la galette 2, ou récepteur thermique, et la structure catalytique 6 décrite ci après ; cette chambre de distribution communique avec la sortie du tube 7, et permet de répartir le mélange à briller selon toute la surface de la structure catalytique 6 - la structure de combustion catalytique 6, consistant en une galette d'un matériau réfractaire, du type céramique, comportant une pluralité de canaux la traversant de part en part perpendiculairement à sa surface d'extension, et lui conférant une structure du type nid d'abeille ; la surface interne des canaux 6c de cette galette, est revêtue directement ou indirectement avec une matière catalytique de combustion, par exemple du platine ; cette galette ou structure catalytique 6 est disposée parallèlement à la galette 2 ou récepteur thermique, de manière coaxiale, et est traversée en son centre par l'extrémité de sortie du tube 7 ; comme montré par la figure 1, la galette 6 est traversée par le mélange à brûler, de sa face amont 6a à sa face aval 6b évacuant les fumées de combustion, c'est-à-dire de haut en bas. Le récepteur thermique 2 s'étend en vis-à-vis de la face amont 6a de la structure catalytique, selon pratiquement toute la surface de cette dernière, de manière à recevoir l'énergie thermique rayonnée émise par le front rayonnant de combustion de la structure catalytique en fonctionnement. A partir de cet agencement, différentes caractéristiques techniques complémentaires, permettent de transférer la chaleur de combustion vers le récepteur thermique 2 et une charge thermique (par exemple une casserole à chauffer) posée du coté extérieur dudit récepteur, par convection et conduction. Un déflecteur 8 des fumées de combustion sortant de la face aval 6b de la structure catalytique 6 est disposé en vis-à-vis et à distance de cette face aval, pour former avec cette dernière une chambre de collection 51 ou d'évacuation des fumées de combustion. Ce déflecteur 8, par sa forme montrée à titre d'exemple à la figure 1, permet de renvoyer les fumées du côté de l'amont de la structure 6, et à l'extérieur de la chambre de distribution 5. Les fumées ainsi renvoyées servent à réchauffer la charge thermique, par exemple une casserole dont le contenu est à chauffer ou à réchauffer, presente sur la plaque 2 en vitro-céramique. Le déflecteur 8 est constitué par une paroi isolée thermiquement, en forme de cuve, traversée par le conduit 7 d'arrivée du mélange à brûler, formant carénage de l'appareil de chauffage. L'appareil conforme aux figures 1 et 2 comporte aussi des moyens d'échange de chaleur, entre l'intérieur de la chambre de distribution 5 et les fumées de combustion circulant à l'extérieur de ladite chambre ; ces moyens consistent en une pluralité d'ailettes radiales 11, au contact thermique d'une virole métallique interne 12, autour du volume cylindrique aplati déterminé par les deux galettes 6 et 2, de manière à ménager entre les ailettes 11 des passages de circulation. Ces ailettes 11 permettent d'extraire de la chaleur de la chambre de distribution 5, pour réchauffer les fumées, et augmenter ainsi l'apport de chaleur par convection à la charge thermique. Grâce à ces dispositions conjointes, la chaleur développée par le brûleur catalytique, se trouve transférée au récepteur thermique 2, et à la charge thermique présente sur ce dernier, principalement par rayonnement entre la face amont 6a de la structure catalytique 6 et la face interne 2a du récepteur, mais aussi pour une autre partie par les fumées de combustion qui apportent leur chaleur au récepteur 2 et à la charge thermique, et pour une dernière partie par conduction métallique entre la structure 6 et le récepteur 2. Le matériau vitro-céramique du récepteur thermique 2, présentant un coefficient de transmission d'un rayonnement thermique, compris entre 30 et 60 %, apparaît particulièrement bien adapté, parce que - la face interne 2a de la galette 2 absorbe par rayonnement une partie substantielle de la chaleur émise par la face amont 6a de la structure 6 - et du côté opposé 2b à la face amont 6a de la structure 6, la galette 2 dissipe et transmet la chaleur reçue, par rayonnement, mais aussi par conduction, si une charge thermique est disposée sur la face externe 2b de cette même galette. Un rebord périphérique 50 est disposé perpendiculairement à la virole interne 12, et prolonge de manière sensiblement coplanaire le récepteur thermique 2 plan. Le rebord périphérique 50, qui peut être continu ou discontinu, se trouve disposé transversalement au parcours des fumées de combustion, pour les défléchir dans une direction horizontale, à la sortie de chaque passage entre deux ailettes consécutives 11. Ce rebord métallique 50 permet à la fois de protéger la structure catalytique 6 contre l'écoulement vers le bas, de tout débordement d'une casserole, et de transférer vers cette dernière, par conduction, la chaleur extraite et des fumées de combustion et de la chambre de distribution 5. Un dispositif 20 de visualisation selon l'invention comprend un conduit 21 de dérivation d'une partie des gaz sortant de la face aval 6b, de la structure catalytique 6, en communication, du côté amont avec un orifice 22 de piquage desdits gaz, selon une section limitée de la face aval de la structure catalytique 6, et du coté aval avec un orifice de sortie 23 dans le travers duquel se situe un moyen 24 d'accrochage des flammes nues de combustion. Ce conduit est disposé en totalité dans la chambre 51 de collection des fumées de combustion, de telle sorte que l'orifice de piquage 22, mais aussi l'orifice de sortie 23, soient situés dans ladite chambre. L'orifice de sortie 23 est situé entre deux ailettes 11 consécutives, pour être visible de l'utilisateur observant l'appareil de chauffage par le dessus. Un élément 25 d'incandescence, tel qu'une spirale métallique réfractaire, est disposé en relation avec l'orifice de sortie 23, pour être porté à l'incandescence par la flamme nue. Cet élément 25 d'incandescence peut aussi être un élément susceptible d'émettre une lumière visible, lorsqu'il est chauffé par la flamme nue, et comprend notamment des oxydes de terres rares, tels qu'oxydes de zirconium et/ou de thorium. Ce dispositif de visualisation présente encore les caractéristiques suivantes - la section de l'orifice de sortie 23 est plus petite que celle de l'orifice de piquage 22 ; ceci permet d'obtenir plus aisément une flamme dans l'orifice 23, avec un débit relativement faible du mélange à brûler - l'orifice de sortie 23 est à un niveau inférieur à celui de la face aval 6b de la structure catalytique 6 lorsque l'orifice de sortie 23 est disposé dans la chambre de collection 51 des fumées de combustion, ceci permet un interallumage entre la face aval 6b de la structure catalytique 6 et l'orifice 23, pendant la phase d'allumage du brûleur catalytique - le moyen d'accrochage 24 de la flamme nue est une grille disposée en travers de l'orifice de sortie - il résulte de la disposition du dispositif de visualisation 20 dans la chambre de collection 51 que orifice de sortie 23 est disposé dans le trajet des fumées de combustion, à partir de la face aval 6b de la structure catalytique - lorsque l'orifice de sortie 23 est disposé dans la chambre de collection 51 des fumées de combustion, un organe d'allumage, sous la forme d'une électrode 26, est disposé dans la section de l'orifice de sortie 23, pour permettre un allumage simultané, et de la flamme dans l'orifice 23 et du brûleur catalytique 1, c'est-à-dire de la face aval de la structure 6, et ceci sans autre moyen complémentaire ; selon cette disposition, on allume donc le brûleur catalytique par l'orifice 23 de sortie du dispositif de visualisation. Conformément à la figure 4, un appareil de chauffage peut être intégré dans une table de cuisson domestique, auquel cas le récepteur thermique 2 consiste en une plaque vitro-céramique, formant plan de cuisson, et dont les dimensions excèdent celle du brûleur catalytique 1 ; la chambre 51 de collection des fumées est substantiellement fermée, et les fumées de combustion, y compris celles résultant de la flamme dans l'orifice 23, sont évacuées par l'arrière de la table de cuisson. La structure du dispositif de visualisation précédemment décrit peut être appliquée à tous types de brûleur catalytique, que ceux-ci aient un fonctionnement inversé ou non, c'est-à-dire que le récepteur thermique 2 soit disposé par rapport à la structure catalytique 6 pour recevoir la chaleur émise par la face amont et/ou la face aval de cette dernière. REVENDICATIONS 1. Appareil de chauffage comprenant un brûleur à gaz (1) catalytique à air induit et un récepteur thermique (2) consommant au moins une partie de la chaleur générée par le brûleur catalytique, ce dernier comprenant un organe (3) d'éjection d'un flux de gaz combustible, un organe (4) d'admixtion d'air primaire audit flux pour obtenir un mélange à brûler, une chambre de distribution (5) dudit mélange, et une structure (6) de combustion catalytique, traversée par le mélange, de sa face amont (6a) en relation avec la chambre de distribution (5), à sa face aval (6b) évacuant les fumées de combustion, le récepteur thermique (2) étant disposé par rapport à la structure catalytique pour recevoir la chaleur émise par la face amont (6a) et/ou la face aval (6b) de cette dernière, ainsi qu'un dispositif (20) de visualisation de l'allumage du brûleur catalytique (1), caractérisé en ce que le dispositif de visualisation (20) comprend un conduit (21) de dérivation d'une partie des gaz sortant de la face aval (6b) de la structure catalytique (6), en communication, du côté amont avec un orifice (22) de piquage desdits gaz, selon une section limitée de la face aval de la structure catalytique (6), et du côté aval avec un orifice de sortie (23) dans le travers duquel se situe un moyen (24) d'accrochage d'une flamme nue de combustion, ainsi qu'un élément (25) d'incandescence disposé en relation avec l'orifice de sortie (23) pour être porté à l'incandescence par la flamme nue. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de l'orifice de sortie (23) est plus petite que celle de l'orifice de piquage (22). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (23) est à un niveau inférieur à celui de la face aval (6b) de la structure catalytique (6). 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'accrochage (24) est une grille disposée en travers de l'orifice de sortie. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (25) d'incandescence est un élément métallique susceptible d'être porté au rouge, lorsqu'il est chauffé par la flamme nue. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (25) d'incandescence est susceptible d'émettre une lumière visible, lorsqu'il est chauffé par la flamme nue, et comprend notamment des oxydes de terres rares, tels qu'oxydes de zirconium et/ou de thorium. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (26) d'allumage d'une flamme en relation avec l'orifice de sortie (23). 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (23) du dispositif de visualisation (20) est disposé dans le trajet des fumées de combustion, à partir de la face aval (6k) de la structure catalytique. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le récepteur thermique (2) s'étend en vis-à-vis de la face amont (6a) de la structure catalytique (6), selon pratiquement toute la surface de cette dernière, ledit récepteur (2) étant agencé et construit pour dissiper, du côté opposé à la face amont de la structure catalytique, au moins une partie de l'énergie thermique reçue de la face amont de la structure catalytique. 10. Appareil selon la revendication 9, du type réchaud de cuisson, caractérisé en ce que le récepteur thermique (2) est disposé sensiblement horizontalement, pour le support d'une charge thermique.