Brevet FR2735122A1 — publié le 19961213

DISPOSITIF DE COMBUSTION L'invention concerne un dispositif de combustion et plus particulièrement un brûleur utilisé dans l'industrie verrière. Cette industrie, quel que soit son domaine d'application particulier, comporte une étape de fusion du verre qui peut se décrire très succinctement de la façon suivante. Les matières premières sont versées dans un four de fusion, par exemple par des trémies placées au-dessus du four. Ces matières sont ensuite fondues dans ce four, sous l'effet d'un apport énergétique. Cet apport énergétique peut être obtenu à partir de combustible fossile ou il peut être d'origine électrique. Le verre fondu, qui présente alors des caractéristiques telles que la viscosité, très précises, doit, dans certaines industries plus spécifiques telles que celle du verre creux, être conduit jusqu'aux machines de formage. Pour cela, on utilise des canaux d'écoulement garnis de réfractaires, appelés feeders . Ces feeders ont une extrémité solidaire du four, placée en gorge de celui-ci. La gorge est l'orifice du four permettant l'écoulement du verre fondu ; elle se trouve en position basse de celui-ci. L'autre extrémité du feeder arrive à proximité des machines de formage. Les caractéristiques précises, précédemment citées, qui sont atteintes au sein du four, doivent être maintenues ou tout au moins contrôlées durant l'écoulement du verre fondu au travers du feeder. Ces caractéristiques, telles que la viscosité du verre, sont directement dépendantes de la température du courant de verre fondu. Pour contrôler cette température, il est connu d'équiper le feeder de dispositif de chauffage ; il peut s'agir, par exemple, de chauffage par la combustion d'un mélange air I gaz au-dessus de la surface libre du courant de verre, utilisant un brûleur adapté. Bien que conservant un caractère plus général, I'invention sera plus particulièrement décrite en référence à ce type de brûleurs utilisés dans les feeders de l'industrie verrière. Ce type de brûleur, usuellement utilisé, consiste en un ensemble d'un bloc brûleur et d'un nez de brûleur venant s'insérer au sein de celui-ci et au travers duquel arrive, par exemple, un mélange air / gaz. Une réalisation courante consiste en un nez de brûleur de forme cylindrique percé d'un trou d'écoulement du mélange combustible ; le bloc brûleur, quant à lui, comporte une cavité dans laquelle s'insère le nez de brûleur, également de forme cylindrique et dont le diamètre est supérieur à celui du nez de brûleur. Le bloc brûleur est prolongé par un trou concentrique de plus faible diamètre servant au passage du mélange air / gaz ou de la flamme. Il est apparu à l'usage que les brûleurs décrits ci-dessus n'apportent pas une totale satisfaction. En effet, ceux-ci présentent différents inconvénients ; tout d'abord, ces brûleurs présentent un encrassement très rapide, ce qui conduit à de fréquents nettoyages qui sont nécessaires au bon fonctionnement de ces brûleurs. Cela a pour conséquence des interruptions de fonctionnement des brûleurs et donc, un maintien en température du courant de verre fondu plus difficile à réguler. Une autre conséquence liée à cet encrassement rapide des brûleurs est une usure prématurée de ceux-ci. Par ailleurs, il apparaît fréquemment des remontées de flamme en périphérie du nez de brûleur. Celles-ci ont également pour conséquence de détériorer le brûleur. De plus, elles peuvent provoquer des surchauffes locales et entraîner une remontée de flamme au sein du nez de brûleur. Les auteurs de la présente invention se sont donné pour but la réalisation d'un dispositif de chauffage notamment utilisable dans un feeder de l'industrie verrière, composé d'au moins un brûleur qui ne présente pas les inconvénients qui viennent d'être énumérés ; c'est-à-dire un brûleur qui ne s'encrasse pas trop rapidement, et dont la durée d'utilisation est supérieure à celle des brûleurs habituellement utilisés. Ce but est atteint selon l'invention par un dispositif de chauffage par combustion, composé d'au moins un brûleur constitué notamment d'un bloc brûleur dans lequel s'insère un nez de brûleur de forme essentiellement cylindrique dont le diamètre est inférieur à celui de l'espace dans lequel il s'insère, le bloc brûleur et le nez de brûleur présentant à l'une de leurs extrémités des formes complémentaires, cette complémentarité assurant le centrage du nez de brûleur selon l'axe de l'espace ménagé dans le bloc brûleur. Les essais réalisés avec un tel brûleur ont montré que celui-ci ne s'encrassait plus aussi rapidement que ceux de l'art antérieur. De plus, aucune remontée de flamme n'est apparue. De façon à simplifier la réalisation de ces pièces, et notamment leur usinage, les formes complémentaires sont avantageusement des formes de révolution, ce qui assure une position concentrique du nez de brûleur vis-à-vis du bloc brûleur ou plus exactement, de l'espace ménagé au sein de celui-ci. De préférence encore, les extrémités de chacun des éléments présentent des formes tronconiques complémentaires. Un tel usinage de ces pièces permet un assemblage rapide et précis des deux éléments bloc brûleur et nez de brûleur; en effet, lorsque le nez de brûleur est inséré dans l'espace ménagé dans le bloc brûleur, les formes tronconiques prennent naturellement appui l'une sur l'autre et garantissent un positionnement concentrique des deux éléments. Selon une variante de l'invention, notamment dans le cas de brûleurs pour feeder pour l'industrie verrière, ceux-ci sont alimentés par un mélange air Igaz. Avantageusement encore, le nez de brûleur est réalisé en acier réfractaire et le bloc brûleur en céramique réfractaire. D'autres détails et caractéristiques avantageux de l'invention ressortiront ci-après, de la description d'un exemple de réalisation de l'invention en référence aux figures 1 et 2 qui représentent: - Figure 1, une vue en coupe d'un schéma d'une réalisation d'un dispositif selon les techniques de chauffage antérieures. - Figure 2, une vue en coupe d'un schéma d'une réalisation d'un dispositif de chauffage selon l'invention. Sur la figure 1, est donc représentée une vue en coupe d'une partie d'un dispositif de chauffage, au sein d'un feeder de l'industrie verrière, selon les techniques habituellement mises en oeuvre. Sur cette figure, on peut voir le bloc brûleur 1 constitué de céramiques réfractaires et le nez de brûleur 2 réalisé, lui, en acier réfractaire. Le nez de brûleur 2 est fixé en bout d'un conduit 3 par lequel est amené le mélange air / gaz. Ce conduit 3 est lui-même solidaire d'un élément 4, au sein duquel le mélange air / gaz peut également circuler. Cet élément 4 autorise un mouvement horizontal qui permet d'insérer ou de retirer le nez de brûleur 2 de l'espace 5 ménagé dans le bloc brûleur 1. Le nez de brûleur 2 a une forme cylindrique dont le diamètre est inférieur à celui de l'espace 5 également de forme cylindrique. Cette différence des diamètres est nécessaire pour faciliter le retrait ou l'insertion du nez de brûleur 2. La figure telle que représentée ne correspond pas tout à fait à un brûleur en position de fonctionnement; elle représente le nez de brûleur 2 à un moment donné de son insertion. En effet, en position de fonctionnement, le nez de brûleur 2 est totalement inséré de sorte que l'extrémité 6 de celui-ci arrive au contact de la paroi 7 du fond de l'espace 5. Le canal 8 traversant le nez de brûleur 2 et conduisant le mélange air / gaz se voit ainsi prolongé par I 'orifice 9 qui se trouve au fond de l'espace 5, dans la paroi 7. Cet orifice 9 permet le passage du mélange air / gaz ou bien de la flamme qui arrive ainsi dans la cavité 10 du feeder pour réchauffer le courant de verre fondu par sa surface. II s'avère qu'à l'usage, ce type de dispositif ne soit pas totalement satisfaisant. II présente notamment un encrassement du nez de brûleur très rapide et des remontées de flamme le long de celui-ci qui sont néfastes à son bon fonctionnement et entraînent une usure prématurée. La figure 2 représente une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention. Ce dispositif, comme le montrent les figures, peut être adapté très simplement à la place du dispositif antérieur présenté en figure 1 par des géométries différentes du nez de brûleur et de l'espace ménagé au sein du bloc brûleur. Le dispositif selon l'invention, bien qu'il ne présente que peu de différence avec celui de l'art antérieur, a montré de nets avantages lors des essais réalisés. En effet, I'encrassement du nez de brûleur est moins rapide et il n'apparaît plus de remontée de flamme. Sur la figure 2, on retrouve le conduit 3, I'élément 4 ainsi que l'orifice 9 et la cavité 10 où arrive la flamme pour réchauffer le courant de verre fondu qui circule dans le feeder. Le nez de brûleur 11, toujours solidaire du conduit 3, possède une forme cylindrique sur quasiment toute sa longueur mais l'extrémité opposée au conduit 3 est de forme tronconique. L'espace 12 ménagé dans le bloc brûleur 13 est également de forme cylindrique d'un diamètre supérieur à celui du nez de brûleur 11 et présente également à son extrémité une forme tronconique. Cette dernière est complémentaire de celle du nez de brûleur 11. Cette complémentarité des formes permet d'assurer le centrage du nez de brûleur par rapport à l'orifice 9. Il faut noter que la figure 2, comme la figure 1, illustre le dispositif à un moment donné de l'insertion du nez de brûleur 11 dans l'espace 12.Il apparaît très clairement que lorsque le nez de brûleur arrive au fond de l'espace 12, I'extrémité du nez prend appui sur la forme tronconique de l'espace 12 et la complémentarité des formes assure alors un positionnement concentrique du nez de brûleur 11 et de l'espace 12 et plus particulièrement de l'orifice 9. Les avantages rencontrés lors des essais réalisés avec ce nouveau dispositif ont conduit les auteurs de la présente invention à l'interprétation suivante : dans le cas d'un dispositif selon l'art antérieur, c'est-à-dire dans le cas de la figure 1, le nez de brûleur 2 n'est maintenu qu'à son extrémité en contact avec le conduit 3, L'autre extrémité venant au contact de la paroi 7 du bloc brûleur 1. On peut alors supposer qu'une partie du nez de brûleur 2 repose sur la partie inférieure de l'espace 5. Le nez de brûleur 2 se trouve alors en contact avec le bloc brûleur 1 par l'intermédiaire d'une grande surface qui peut lui communiquer sa chaleur en quantité suffisante pour élever la température du mélange air / gaz circulant dans le canal 8.Cette élévation de température peut entraîner une remontée de flamme au sein du nez de brûleur 2, ce qui pourrait expliquer l'encrassement rapide de ce type de dispositif. Par ailleurs, le fait que le nez de brûleur 2 repose sur la partie inférieure du bloc brûleur 1 laisse supposer que l'axe du canal 8 et celui de l'orifice 9 ne sont pas alignés, le canal 8 pouvant déboucher en partie sur la paroi 7. Ce positionnement peut perturber l'écoulement et entraîner une remontée de flamme le long du nez de brûleur. L'interprétation ainsi faite du dispositif de l'art antérieur permet d'en expliquer les inconvénients. Cette interprétation peut également expliquer les bons résultats obtenus avec le dispositif selon l'invention. En effet, selon l'invention, les formes complémentaires tronconiques permettent d'une part, un positionnement concentrique du canal 8 et de l'orifice 9 et d'autre part, créent un second maintien du nez de brûleur 11 à sa deuxième extrémité et évitent ainsi tout contact avec le bloc brûleur 13. Il subsiste tout de même un contact entre le nez 11 et le bloc 13 à leurs extrémités puisque les formes tronconiques sont en appui l'une sur l'autre. Cependant, ce contact présente une surface limitée à l'extrémité du nez 11 et ne peut pas chauffer suffisamment celui-ci pour créer une remontée de flamme à l'intérieur, d'autant plus que le courant gazeux le refroidit en permanence.De plus, du fait de ce maintien aux deux extrémités du nez de brûleur 11, il existe une couronne d'air entre celui-ci et la paroi du bloc brûleur 13 qui limite les échanges thermiques au maximum et donc, I'échauffement du mélange gazeux. Par ailleurs, la complémentarité des formes tronconiques conduit certainement à une meilleure étanchéité de la jonction du nez de brûleur avec le bloc brûleur. Cette meilleure étanchéité associée au meilleur positionnement du nez de brûleur vis-à-vis de l'orifice 9 peut contribuer à l'absence de remontée de flamme le long du nez de brûleur. Des essais comparatifs ont été réalisés. Pour cela, des blocs et nez de brûleurs selon l'invention (configuration de la figure 2) ont été montés en parallèle de blocs et nez de brûleurs habituellement utilisés (configuration de la figure 1). Ces brûleurs ont donc été testés dans les mêmes conditions. Ces tests ont eu lieu durant une période de deux années, à l'issue de laquelle les brûleurs ont été observés et comparés. II apparaît que les nez de brûleurs usuels présentent à leurs extrémités une usure et des trous d'écoulement partiellement obturés par de la calamine. Ceci met bien en évidence une mauvaise combustion et des remontées de flamme. De plus, les nez de brûleurs présentent un encrassement sur les périphéries extérieures ; cela correspond sans doute à des remontées de flammes dues à une mauvaise étanchéité de la jonction nez de brûleur/bloc brûleur. Les blocs brûleurs usuels présentent quant à eux un dépôt sur leurs parties intérieures. Cela traduit également une mauvaise étanchéité entre le nez de brûleur et le bloc brûleur, le nez de brûleur venant prendre appui sur la génératrice inférieure de la cavité du bloc brûleur. Ces résultats semblent confirmer les hypothèses précédemment émises: un mauvais positionnement du nez de brûleur au sein du bloc brûleur entraîne d'une part un décalage entre le trou d'écoulement du nez de brûleur et l'orifice du bloc brûleur et d'autre part un échauffement et donc des remontées de flammes à l'intérieur et en périphérie du nez de brûleur. La comparaison avec les résultats obtenus avec les brûleurs selon l'inven-tion est également en accord avec ces hypothèses. En effet, il apparaît qu'après deux années d'utilisation, le brûleur selon l'invention possède un nez de brûleur dont le trou d'écoulement n'est ni encrassé ni obturé. Par ailleurs, la périphérie extérieure du nez de brûleur et la surface interne du bloc brûleur ne présentent pas de salissure. II semble donc que le brûleur selon l'invention permet d'éliminer les retours de flammes et donc les risques d'encrassement et assure ainsi une durée d'utilisation supérieure à celle des brûleurs habituellement utilisés. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage par combustion composé d'au moins un brûleur constitué d'un bloc brûleur dans lequel s'insère un nez de brûleur de forme essentiellement cylindrique dont le diamètre est inférieur à celui de l'espace dans lequel il est inséré, caractérisé en ce que le bloc brûleur et le nez de brûleur présentent à l'une de leurs extrémités des formes complémentaires et en ce que cette complémentarité assure le centrage du nez de brûleur. 2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les formes complémentaires sont des formes de révolution et en ce que leur complémentarité assure une position concentrique du nez de brûleur vis-àvis du bloc brûleur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites extrémités présentent des formes tronconiques. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le brûleur est alimenté en un mélange gaz I air. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nez de brûleur est en acier réfractaire. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc brûleur est en céramique réfractaire. 7. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications précédentes, utilisé pour contrôler la température d'un courant de verre fondu dans un feeder.