Brevet FR2748550A1 — publié le 19971114

Etat de la technique: La présente invention concerne un appareil de chauffage comprenant un brûleur qui brûle un prémélange surstoechiométrique, une plaque de brûleur ayant un grand nombre d'orifices pour la sortie du mélange air/gaz combusti- ble et une chambre de combustion formée principalement par des parois de la chambre de combustion, un échangeur de cha- leur et le brûleur, des ouvertures étant prévues pour limiter l'aspiration d'air primaire entre la chambre de combustion et l'atmosphère. On connaît un appareil de chauffage de ce type (DE-G-92 16 605.9) dont les parois latérales de la chambre de combustion comportent des ouvertures réalisant dans la cham- bre de combustion, au niveau des ouvertures, un équilibre de pression avec l'atmosphère extérieure de l'appareil de chauf- fage. Cela permet, pour ce type de brûleur, de maintenir l'excédent d'air primaire dans les limites pendant la combus- tion. Avantages de l'invention: La présente invention concerne un appareil de chauffage du type défini ci-dessus caractérisé en ce que les ouvertures sont prévues dans des zones voisines de la zone de sortie du mélange gaz combustible/air. L'appareil de chauffage selon l'invention offre l'avantage d'une aspiration d'air primaire constante pour toutes les plages de puissance du brûleur grâce à l'équilibrage de la pression dans la zone de combustion; ainsi le prémélange supérieur à la valeur stoechiométrique (coefficient d'air primaire (X > 1) est limité à des valeurs évitant la formation de gaz CO du fait du fort refroidisse- ment du mélange gaz combustible/air. En limitant l'aspiration d'air primaire, on évite en outre une combustion instable qui se traduit entre autres par un décrochage de la flamme par rapport à la surface supérieure du brûleur. Par un dimensionnement approprié du brûleur et de la chambre de combustion, on réalise de manière avantageuse les ouvertures nécessaires à l'équilibrage de la pression en- tre la chambre de combustion et la paroi de la chambre de combustion. On a ainsi une disposition constructive simple mais très efficace des ouvertures évitant les travaux compli- qués tels que la réalisation d'orifices dans la paroi à iso- lation thermique de la chambre de combustion. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les ouvertures sont prévues entre au moins une paroi de la chambre de combustion et le brûleur. Cet appareil de chauffage présente, notamment en combinaison avec les caractéristiques ci-dessus pour la dis- position des ouvertures, l'avantage d'éviter que le mélange air comburant/gaz combustible, allumé, ne puisse sortir par les ouvertures servant à l'équilibrage de la pression. En particulier, lorsqu'on utilise comme combustible du gaz li- quide dont la densité relative est supérieure à l'air, la disposition des ouvertures dans la zone de combustion évite que le mélange gaz combustible/air comburant, allumé, puisse sortir par ces ouvertures. Pour ne pas détériorer le rôle des orifices ser- vant à l'équilibrage de la pression mais pour éviter en toute sécurité par ailleurs la sortie du mélange gaz combusti- ble/air, des chicanes coopèrent avantageusement avec les ori- fices pour former un recouvrement en labyrinthe. On a un premier exemple de réalisation d'un re- couvrement en labyrinthe, avantageux, par le prolongement la- téral de la plaque du brûleur et par des entretoises disposées parallèlement et à distance, les extrémités libres des prolongements latéraux et des entretoises se chevauchant partiellement, et les entretoises se situant en dessous de la plaque du brûleur. Un second exemple de réalisation d'un recouvre- ment en labyrinthe est une seule pièce; les ouvertures sont réalisées dans une tôle formant écran qui constitue en même temps une chicane. Pour les travaux d'entretien et de répara- tion au niveau du brûleur et de l'appareil de chauffage, la tôle enfichable, formant écran, se monte et se démonte d'une manière particulièrement simple. La réalisation du recouvrement en labyrinthe, en une seule pièce, enfichable, entre les parois latérales de la chambre de combustion et le brûleur à gaz, ne nécessite pas de modification de construction des composants brû- leur/chambre de combustion. On peut ainsi utiliser des compo- sants usuels, ce qui n'entraîne aucun coût de fabrication supplémentaire. Dessins: Deux exemples de réalisation sont représentés dans les dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un premier exemple de réalisation d'un appareil de chauffage, - la figure 2 montre le détail X de la figure 1 à échelle agrandie, - la figure 3 est une vue de dessus d'un second exemple de réalisation, - la figure 4 est une vue de côté du second exemple de réali- sation, et - la figure 5 est une vue de dessus avec coupe selon la ligne I-I de la figure 4. Description des exemples de réalisation: La figure 1 montre un appareil de chauffage 10 représenté schématiquement; cet appareil se compose d'un caisson 12 muni d'un échangeur de chaleur 16 recevant les gaz de combustion chauds d'un brûleur à gaz 14 pour chauffer un fluide. Comme cela est connu de manière générale, l'échangeur de chaleur 16 est un échangeur à lamelles dont le serpentin tubulaire traversé par l'eau à chauffer est muni de lamelles 17 pour augmenter la surface d'échange. Le brûleur à gaz 14 est un brûleur atmosphérique à mélange surstoechiométrique (coefficient d'air primaire X > 1), et qui reçoit la quantité d'air nécessaire à une combustion oxydante, uniquement par des injecteurs 18 équipant le brûleur à gaz 14. Le gaz, fourni sous pression par les différentes buses 20 d'un tube distributeur de gaz 22 aux différents in- jecteurs 18, est mélangé à l'air aspiré à ce moment et le mé- lange arrive sur la plaque de brûleur 24 qui ferme le brûleur à gaz 14. La plaque de brûleur 24 comporte plusieurs rangées d'orifices de sortie 26 par lesquels le mélange gaz combusti- ble/air arrive dans la chambre de combustion 28 pour être al- lumé par une installation d'allumage non représentée. La chambre de combustion 28 est délimitée en dessous par la pla- que de brûleur 24 et au dessus par l'échangeur de chaleur 16; sa périphérie est délimitée par deux parois latérales , 32 ainsi que par une paroi arrière 34 et une paroi avant, amovible, non représentée. Le brûleur à gaz 14 dispose d'une installation de refroidissement sous la forme d'un tube de refroidissement 35 pour refroidir le brûleur 14 et, en particulier, la plaque de brûleur 24; ainsi, d'une part, on maintient constantes les pertes de charge dépendant de la température et qui sont dé- cisives pour l'aspiration de l'air primaire et, d'autre part, on limite la température des flammes à des niveaux correspon- dant à une combustion avec faible émission polluante. Des ouvertures 36 sont prévues entre les deux pa- rois latérales 30, 32 de la chambre de combustion 28 et le brûleur à gaz 14; ces ouvertures seront appelées ci-après intervalles 36 qui réalisent une communication ouverte entre la chambre de combustion 28 et l'environnement de l'appareil de chauffage 10. Dans ces intervalles 36, il y a des entre- toises 38, 40 au niveau des parois latérales 30, 32 de la chambre de combustion 28. Les côtés de la plaque de brûleur 24, tournés vers les parois latérales 30, 32 de la chambre de combustion 28, comportent des zones 42, 44 appelées dans la suite " prolongements latéraux " 42, 44 de la plaque de brû- leur 24; ces prolongements ne comportent pas d'orifices de sortie 26. Les extrémités libres des prolongements latéraux 42, 44 et les extrémités libres des entretoises 38, 40 si- tuées en dessous de la plaque de brûleur 40 se chevauchent partiellement pour laisser une communication toujours ouverte entre la chambre de combustion 28 et l'environnement de l'appareil de chauffage. Pendant le fonctionnement de l'appareil de chauf- fage, la poussée thermique des gaz de combustion qui montent crée une dépression dans la chambre de combustion 28; celle- ci aspire de l'air complémentaire par des intervalles 36 dé- bouchant dans la chambre de combustion 28; cet air sera ap- pelé ci-après " air de dérivation " 45. Les intervalles 36 sont dimensionnés pour que les pertes de charge pour l'air de dérivation soient inférieures à celles pour l'air primaire arrivant à la combustion par les injecteurs 18. Cela garantit que, pour ce brûleur à gaz 14 dont la puissance est réglable en continu, indépendamment de la puissance réglée instantané- ment, aucun air primaire supplémentaire n'arrive à la combus- tion à travers les injecteurs 18. Comme la différence de pression au niveau de l'échangeur de chaleur 16 diminue de manière linéaire avec le débit volumique des gaz de combus- tion qui montent, la différence de pression provoquée par cette poussée dans la chambre de combustion 28 reste néan- moins pratiquement constante en cas de charge partielle; en particulier lorsque le brûleur à gaz 14 travaille en charge partielle, de l'air de dérivation 45 arrive par les interval- les 36 dans la chambre de combustion 28. Notamment en fonc- tionnement en charge partielle, l'air de dérivation 45 évite qu'une quantité d'air primaire trop importante ne soit aspi- rée par le brûleur 14 et ne forme ainsi du gaz CO à cause du fort refroidissement du mélange gaz combustible/air. De plus, les fumées, qui arrivent à travers l'échangeur de chaleur 16 dans une sortie de fumées (non représentée), sont diluées par l'air de dérivation 45 et cela abaisse le point de rosée des fumées. La dilution des fumées évite la formation de conden- sat dans l'évacuation des fumées. A l'allumage du mélange gaz combustible/air dans la chambre de combustion 28, il y a une dilatation importante en volume pour laquelle l'impulsion du mélange allumé se dé- veloppe dans toutes les directions. Les prolongements laté- raux 42, 44 et les entretoises 38, 40 constituent un obstacle à l'écoulement et affaiblissent l'impulsion partielle dirigée vers le bas, dans la mesure o le mélange gaz combusti- ble/air, allumé, ne s'échappe pas à l'extérieur à travers les intervalles 36. Les figures 3, 4, 5 montrent un second exemple de réalisation d'une chicane appelée dans la suite tôle formant écran 46; cette tôle remplace l'entretoise 40 entre la paroi latérale 30 et la plaque de brûleur 24. Une tôle formant écran 46, à symétrie plane, de même forme, est prévue entre la paroi latérale 32 et la plaque de brûleur 24. La tôle 46 est engagée à l'aide des éléments 48 sur le tube de refroi- dissement 35 du brûleur à gaz 14. Sur la face supérieure de la tôle 46, il y a des ouvertures 52 en forme de fenêtres par lesquelles, de façon analogue au premier exemple de réalisa- tion, de l'air de dérivation 45 peut arriver de l'extérieur dans la chambre de combustion 28. La tôle formant écran 46 est engagée pour que son côté supérieur 50 se termine avec la plaque de brûleur 24. Une zone de déviation 54 adjacente aux ouvertures 52 en forme de fenêtres, est cintrée pour former un segment 56 parallèle au côté supérieur 50 de la tôle 46 et qui rejoint, par une autre déviation, la zone en forme15 d'élément enfichable 48. Le segment 56 évite de façon analo- gue aux entretoises 38, 40 que le mélange air/gaz combusti- ble, allumé, puisse s'échapper par les ouvertures 52. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Appareil de chauffage comprenant un brûleur (14) qui brûle un prémélange surstoechiométrique, une plaque de brû- leur (24) ayant un grand nombre d'orifices (26) pour la sor- tie du mélange air/gaz combustible et une chambre de combustion (28) formée principalement par des parois (30, 32, 34) de la chambre de combustion, un échangeur de chaleur (16) et le brûleur (14), des ouvertures (36, 52) étant prévues pour limiter l'aspiration d'air primaire entre la chambre de combustion (28) et l'atmosphère, caractérisé en ce que les ouvertures (36, 52) sont prévues dans des zones voisines de la zone de sortie du mélange gaz combustible/air. 2 ) Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures (36, 52) sont prévues entre au moins une paroi de la chambre de combustion (30, 32, 34) et le brûleur (14). 3 ) Appareil de chauffage comprenant un brûleur pour brûler un prémélange surstoechiométrique, une plaque de brûleur ayant un grand nombre d'orifices de sortie du mélange gaz combustible/air et une chambre de combustion formée principa- lement par des parois de chambre de combustion, un échangeur de chaleur et le brûleur, des ouvertures délimitant l'aspiration d'air primaire étant prévues entre la chambre de combustion et l'atmosphère, notamment selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par des chicanes (38, 42, 40, 44, 46) prévues au niveau des ou- vertures (36, 52). 4 0) Appareil de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ou les chicanes (38, 42, 40, 44, 46) forment avec les ou- vertures (36, 52) un recouvrement en labyrinthe. ) Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendi- cations 3 ou 4, caractérisé en ce que la ou les chicanes (38, 42, 40, 44) sont formées par une zone (42, 44) de la plaque de brûleur (24) et sont parallèles et à une certaine distance des entretoises (38, 40), les extrémi- tés libres des zones (42, 44) et des entretoises (38, 40) se chevauchant partiellement et les entretoises (38, 40) étant situées en dessous de la plaque de brûleur (24). 6 ) Appareil de chauffage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' une chicane respective (38, 42, 40, 44) est prévue entre la paroi latérale (30, 32) de la chambre de combustion (28) et le brûleur (14). 7 ) Appareil de chauffage selon quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les chicanes (46) sont réalisées en une seule pièce. ) Appareil de chauffage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ouvertures (52) sont réalisées dans une tôle formant écran (46) réalisée comme chicane, qui se trouve engagée en- tre au moins une paroi de la chambre de combustion (30, 32, 34) et le brûleur (14), pour éviter la sortie du mélange gaz combustible/air, allumé, par les ouvertures (52). 9 ) Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendi- cations 7 ou 8, caractérisé en ce qu' une tôle formant écran (46) est prévue chaque fois entre la paroi latérale (30, 32) de la chambre de combustion (28) et le brûleur (14).