Brevet FR2710727A1 — publié le 19950407

DISPOSITIF DE PRELEVEMENT DE CALORIES POUR FLAMME DE BRULEUR A GAZ FONCTIONNANT EN MILIEU CONFINE, BRULEUR EN FAISANT APPLICATION ET INSTALLATION DE CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENT LE METTANT EN OEUVRE. La présente invention concerne le domaine de l'utilisation de mélange combustible gazeux pour produire une flamme à caractère chauffant, par opposition aux domaines d'application dans lesquels un tel mélange combustible est utilisé pour la production de flammes diffusantes. Dans de nombreux domaines, on utilise un mélange combustible gazeux alimentant un brûleur chargé de produire une flamme destinée à générer des calories qui peuvent être utilisées dans de nombreuses applications pour élever la température de corps solides, liquides ou gazeux. Parmi les applications susceptibles d'être concernées, l'une d'elles, donnée uniquement à titre non limitatif, concerne les brûleurs mis en service pour assurer le fonctionnement d'appareils de chauffage faisant intervenir un milieu de confinement de la flamme produite. De telles installations sont, notamment, connues dans le domaine d'application au chauffage de bâtiments divers en faisant intervenir, en tant que chambre de combustion ou milieu de confinement, un ou plusieurs tubes radiants chargés de céder les calories emmagasinées à l'air ambiant. Le fonctionnement de tels brûleurs est connu pour produire une flamme de combustion comprenant, selon les réglages et proportions de combustible et de comburant, une zone dite réductrice entourée en partie par une zone dite oxydante s'étendant largement au-delà de la première et produisant avec celle-ci les calories recherchées. La flamme peut comporter aussi une troisième zone plus ou moins diffusante dont la longueur, dans le milieu de confinement, est fonction des réglages apportés aux brûleurs. La zone oxydante est connue pour être généralement la partie la plus chaude de la flamme qui peut atteindre des températures relativement élevées. n peut être considéré qu'une plage de températures possible s'étend entre 1000 et 2300 C, des températures usuelles voisines de 1900 -2000 C étant courantes. On sait que le fonctionnement de tels brûleurs produit des gaz de combustion de composition variable tenant aux caractéristiques du gaz combustible d'origine, aux réglages de fonctionnement du brûleur et aux conditions de combustion dans la chambre. n peut être considéré que ces gaz de combustion sont donc pour l'essentiel des produits polluants qui sont rejetés généralement à l'air ambiant. Parmi ces produits de combustion dont il conviendrait de pouvoir maîtriser l'émission, l'un peut être dénommé par la qualification générique d'oxyde d'azote ou encore NOX qui est plus particulièrement produit par le contact entre la zone oxydante de la flamme et l'environnement direct plus ou moins chargé en oxygène même en milieu de confinement de la flamme. Il est certainement à tenir pour acquis que la production d'oxyde d'azote dépend également d'un second facteur qui est la température de la flamme de combustion, laquelle doit être bien évidement suffisamment élevée, notamment dans les appareils de chauffage à tubes radiants, de manière à pouvoir disposer d'un rendement acceptable de combustion. Dans l'état actuel de la technique, une réduction d'émission d'oxyde d'azote ne semble pas pouvoir être immédiatement obtenue par un contrôle de la quantité d'oxygène dans le milieu de confinement de la flamme, de même que pour conserver un rendement acceptable il semble difficile d'agir sur le second paramètre en réduisant la température de la flamme de combustion en agissant directement sur les paramètres d'alimentation et de fonctionnement du brûleur. L'objet de l'invention vise à contourner cette double difficulté en proposant des moyens qui permettent de réduire sensiblement l'émission d'oxyde d'azote produite par une flamme de combustion se développant dans un milieu de confinement par opposition à un type d'installation qui ferait intervenir une flamme de combustion en milieu ouvert. L'objet de l'invention est de proposer des moyens simples, particulièrement efficaces, qui peuvent recevoir de multiples adaptations en fonction des caractéristiques structurelles des brûleurs devant être équipés. A titre d'application préférée, l'invention vise l'équipement de brûleurs d'installations de chauffage par rayonnement, du type à tube radiant, dans lesquelles la partie dudit tube s'étendant à partir du corps du brûleur constitue la chambre de combustion à caractère de confinement de la flamme. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le dispositif de prélèvement de calories selon l'invention est caractérisé en ce que la chambre de combustion est pourvue intérieurement d'un garnissage en un matériau thermiquement conducteur, s'étendant sur au moins la partie de la chambre occupée par la zone réductrice de la flamme du brûleur. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 est une vue schématique illustrant, pour le propos de l'invention, une installation de chauffage par rayonnement. La figure 2 est une perspective montrant, à plus grande échelle, le moyen de chauffage de l'installation selon la figure 1. La figure 3 est une coupelévation partielle prise à plus grande échelle, sensiblement selon le plan ffi-ffi de la figure 2. La figure 4 est une coupe transversale prise selon la ligne IV-IV de la figure 3. Les figures 5 à 11 sont des coupes transversales analogues à la figure 4 et illustrant différentes variantes de réalisation. La figure 1 montre de façon schématique un exemple d'application de l'objet de l'invention. Cet exemple est relatif à l'utilisation, à l'implantation ou à la mise en service d'une installation de chauffage 1, par rayonnement, implantée à l'intérieur d'un local 2 en étant par exemple fixée par des suspentes 3 à un plafond ou une dalle de niveau 4. L'installation de chauffage 1 est du type à tube radiant comprenant, selon un exemple de réalisation illustré par la figure 2, un bloc 5 délimitant deux chambres intérieures dont l'une est en partie occupée par un brûleur 6 et dont l'autre est en relation avec un système d'extraction 7 prolongé par un conduit d'évacuation 8 destiné à traverser le toit ou la couverture 9 du bâtiment 2. Le brûleur 6 est alimenté en gaz combustible à partir d'une canalisation 10 raccordée à une source de stockage temporaire appropriée. Le bloc 5 supporte, par ailleurs, un tube radiant 11 du type en épingle, qui est associé à un réflecteur 12 pouvant être utilisé en tant que structure de suspension par l'intermédiaire des suspentes 3. L'exemple donné aux figures 1 et 2 illustre une application préférée dans laquelle le brûleur 6 est du type à fonctionnement en milieu confiné constitué par le tube 11. n doit bien entendu être considéré que l'objet de l'invention décrit ci-après peut être mis en oeuvre pour toutes autres applications dans lesquelles un même principe de fonctionnement peut être retenu. ll doit également être considéré que l'exemple selon la figure 2 n'est fourni qu'à titre illustratif car il peut être envisagé de réaliser l'installation en faisant intervenir un tube radiant il continu dont une extrémité est raccordée au brûleur 6 et dont l'autre extrémité est associée à l'extracteur 7 sans pour autant que le tube 11 soit conformé en épingle. Un brûleur à gaz tel que 6, du type à fonctionnement en milieu confiné, comprend, tel que cela est illustré par la figure 3, une tête de brûleur 13 destinée à produire une flamme 14 se développant à l'intérieur d'une chambre de combustion 15 qui est qualifiée de type à confinement par opposition aux systèmes connus dans lesquels la tête 13 produit une flamme en milieu ouvert. Dans le cas présent, la chambre de combustion 15 est constituée par le tube radiant 11 qui est emboîté par l'une de ses parties terminales dans une collerette ou bride d'accouplement 16 présentée par le corps 5. Dans un tel système fonctionnel, la tête 13 produit la flamme 14 qui de façon classique comporte une zone 17 dite réductrice, une zone 18 dite oxydante et une zone 19 dite plus ou moins diffusante selon les conditions de fonctionnement et le gaz combustible utilisé. Dans un tel système fonctionnel, la production d'oxyde d'azote intervient, en raison de la température de la flamme 14, à la périphérie de la zone 18 qui se trouve au contact du milieu gazeux environnant entretenu dans la chambre 15 par admission d'air secondaire à partir du bloc 5. L'objet de l'invention consiste, pour réduire voire supprimer cette production et émission d'oxyde d'azote, à disposer à l'intérieur de la chambre 15 un garnissage 20 en toute matière réfractaire et conductrice appropriée et qui s'étend sur au moins la longueur de la zone réductrice 17 et au plus sur la longueur de la zone oxydante 18. Le garnissage 20 est conçu de manière à assumer une fonction de dispositif de prélèvement de calories en entourant la flamme 14 de manière à constituer une forme de gaine ou de chemise permettant d'abaisser localement la température périphérique de la flamme sans en abaisser de façon significative la température interne. Ainsi, par un tel système analogue à un échangeur de chaleur, une réduction significative de température périphérique intervient, limitant voire supprimant la production et l'émission d'oxyde d'azote. Dans l'application à une installation de chauffage par rayonnement du type à tube radiant, il est nécessaire de pouvoir transmettre au tube 11 une énergie calorifique importante de manière à entretenir un effet de rayonnement en relation avec l'objectif à atteindre qui est de chauffer le volume utile du local 2. Pour cette raison, le garnissage 20 est réalisé pour n'entourer ou ne couvrir qu'une partie de la flamme 14 de manière à laisser subsister, comme cela apparaît à la figure 4 un secteur angulaire a correspondant à un segment d'enveloppe annulaire du tube dirigé vers le bas de façon que ce segment soit soumis à la température maximale de la flamme 14. Le garnissage 20 dans une forme de réalisation est constitué par une gaine ouverte par exemple en tôle d'acier réfractaire conformée à la manière d'un V ouvert tel que cela est illustré par la figure 4 et enfilée par glissement librement à l'intérieur de la chambre 15 pour n'être en contact avec la paroi interne de cette dernière que par des zones ponctuelles ou linéaires, telles que 21. De cette manière, le contact de surface avec le tube 11 est limité et réduit de façon à laisser subsister entre ce tube et le garnissage 20 des passages tels que 22 qui permettent une circulation d'air secondaire favorisant l'échange par prélèvement à partir des faces du garnissage 20 orientées vers la surface intérieure du tube 11, alors que les faces dudit garnissage, orientées vers la flamme 14, sont soumises à élévation de température par la flamme 14. Les expérimentations qui ont été effectuées ont porté sur un brûleur à gaz du type haute pression d'une puissance de 33 kW, alimenté en gaz naturel à partir du réseau collectif, produisant une flamme d'une longueur d'environ 2m pour les zones 17 et 18 et se développant dans un tube radiant de diamètre interne égal à 96 mm. Sur la base de conditions fonctionnelles identiques, une installation dépourvue du garnissage 20 a permis de constater l'émission et la production d'un taux d'oxyde d'azote compris entre 100 et 130 ppm, alors qu'une même installation pourvue du garnissage 20 a fait apparaître, toutes choses égales par ailleurs, un taux d'émission et de production d'oxyde d'azote compris entre 60 et 80 ppm. Dans les expérimentations ci-dessus, le garnissage était réalisé en acier réfractaire avec une épaisseur de 1 mm. Le garnissage 20 peut être réalisé également en toutes autres matières appropriées résistantes à la flamme. Les figures 5 à 11 montrent, à titre d'exemples, différentes possibilités de réalisation du garnissage 20 en tôle pliée selon les figures 5 à 10 faisant apparaître que les zones de contact 21 peuvent être limitées aux plis de conformation ou à des pattes ou languettes extrêmes telles que 23. La figure 11 montre que le garnissage 11 peut être aussi réalisé par moulage et comporte alors des nervures 24 à même d'assurer les fonctions de centrage et de limitation de contact de surface entre le garnissage et la paroi délimitant la chambre de combustion. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de prélèvement de calories pour flamme de brûleur à gaz fonctionnant en milieu confiné, brûleur du type comprenant une tête de combustion (13) s'ouvrant dans une chambre de combustion (15) constituant par elle-même ou communiquant avec un milieu dit de confinement (11) dans lequel se développe la flamme de combustion (14), caractérisé en ce que la chambre de combustion est pourvue intérieurement d'un garnissage (20) en un matériau thermiquement conducteur, s'étendant sur au moins la partie de la chambre occupée par la zone réductrice (17) de la flamme du brûleur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le garnissage (20) s'étend sur au plus la partie de la chambre (15) occupée par la zone oxydante (18) de la flamme du brûleur. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le garnissage (20) comporte sur sa face extérieure des zones (21, 23, 24) de contact limité avec la face intérieure de la chambre de combustion (15) vis-à-vis de laquelle ledit garnissage est maintenu à distance pour délimiter avec la paroi de la chambre des passages (22). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le garnissage (20) est établi sur une partie seulement de la surface de la chambre. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le garnissage (20) est constitué par une tôle en métal réfractaire enfilée par glissement dans la chambre de combustion. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le garnissage (20) comporte des zones de contact constituées par des plis, nervures, pattes ou languettes. 7. Brûleur à gaz du type à fonctionnement confiné, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de combustion (15) qui délimite le volume de confinement de la flamme de combustion (14) et qui est pourvu d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Brûleur à gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce que le garnissage (20) est conçu pour entourer entièrement la flamme se développant dans la chambre dudit brûleur. 9. Brûleur à gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce que le garnissage (20) est conçu pour n'entourer qu'en partie la flamme. 10. Installation de chauffage par rayonnement du type à tube radiant dans laquelle la partie dudit tube s'étendant à partir du corps du brûleur constitue la chambre de combustion à caractère de confinement de la flamme, caractérisée en ce que cette partie dudit tube est équipée d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6.