Brevet FR2749927A1 — publié le 19971219

BRÛLEUR A FAIBLE NIVEAU D'EMISSION DE COMPOSES POLLUANTS L'invention concerne un brûleur à très haute hygiène de combustion, c'est-àdire, ayant un faible niveau d'émission de composés polluants. Ce brûleur est destiné à être utilisé dans un générateur avec foyer, tel qu'une chaudière à vapeur ou à fluide caloporteur, ou un générateur d'eau chaude. L'invention concerne également un tel générateur avec foyer. ETAT DE LA TECHNIOUE Dans son brevet français n" 2 706 592, la Demanderesse s'était fixé pour objectif de réduire la teneur en composés polluants des produits de la combustion, dans une chaudière, d'un combustible à base d'hydrocarbures. Pour y parvenir, elle prévoyait la présence de deux foyers dans une chaudière: un foyer primaire dans lequel se trouvait un brûleur et un foyer secondaire disposé dans le prolongement du foyer primaire, les deux foyers étant de forme sensiblement cylindrique, mais le foyer secondaire présentant un diamètre inférieur à celui du foyer primaire. En poursuivant ses recherches en vue de réduire encore davantage l'émission de composés polluants, la Demanderesse a ensuite constaté que d'excellents résultats pouvaient être obtenus en diminuant la température d'équilibre de la flamme lors de la combustion et en réduisant le temps de séjour des produits de combustion dans la zone la plus chaude de la chaudière. EXPOSE SOMMAIRE DE L'INVENTION La Demanderesse a alors mis au point un brûleur pour générateur avec foyer satisfaisant aux conditions qui viennent d'être énoncées. Ce brûleur se distingue en ce qu'il comprend des moyens permettant le développement de la flamme dans le sens opposé au sens d'écoulement général des produits de combustion dans le foyer. Un tel brûleur permet donc de réduire les teneurs du gaz de combustion en composés polluants tels que les oxydes d'azote et le monoxyde de carbone. La Demanderesse a également mis au point un générateur avec foyer permettant d'utiliser un tel brûleur dans des conditions optimales. D'autres avantages et caractéristiques du brûleur et du générateur avec foyer selon l'invention ressortiront à la lecture de la suite de la description à laquelle sont annexées, à titre uniquement illustratif, les figures 1 à 3. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES La figure 1 représente schématiquement, partiellement et en coupe, un générateur avec foyer équipé d'un brûleur selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement partiellement et en coupe, un générateur avec foyer équipé d'une première variante du brûleur selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement, partiellement et en coupe, un générateur avec foyer équipé d'une seconde variante du brûleur selon l'invention. EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION Le brûleur selon l'invention vise donc, notamment, à diminuer la température d'équilibre de la flamme lors de la combustion. Ceci peut être réalisé en créant une recirculation des produits de combustion dans la flamme. Selon l'invention, cette recirculation est obtenue grâce à des moyens permettant le développement de la flamme dans le sens opposé au sens d'écoulement général des produits de combustion dans le foyer. Le brûleur selon l'invention vise également à l'obtention d'une flamme relativement courte, ceci afin que la température de cette flamme décroisse très rapidement et que et le temps de séjour des produits de combustion dans la zone chaude de la flamme soit très court. Pour l'obtention d'une flamme courte, on réalise un mélange combustible/comburant assez homogène en faisant s'écouler le combustible et le comburant dans le même conduit et en créant en outre à certains endroits un écoulement turbulent, notamment, en disposant des obstacles sur le parcours du mélange. Le brûleur selon l'invention peut être utilisé pour la combustion de combustibles gazeux ou éventuellement liquides. Il va maintenant être décrit plus en détail en référence aux figures 1 à 3. Sur la figure 1 est représenté partiellement un générateur avec foyer qui peut être un appareil de chauffage tel qu'une chaudière. Cet appareil comporte un foyer 1 et contient un liquide caloporteur 2. Le brûleur 3 selon l'invention comprend un conduit d'alimentation 4 qui peut être coaxial avec le foyer 1, et qui est destiné à l'alimentation en mélange combustible/comburant du foyer 1. Ce mélange est généralement un mélange gaz/air. Le conduit d'alimentation 4 est généralement un tube, de section transversale circulaire, qui s'étend de l'extérieur ou de l'extrémité du générateur avec foyer vers l'intérieur du foyer. Son extrémité située à l'intérieur du foyer 1 débouche à une certaine distance, et en face, d'un déflecteur 5 orienté de manière sensiblement perpendiculaire à l'axe du conduit 4, de façon à faire obstacle au mélange gaz/air sortant de ce dernier et, de ce fait, à obliger le mélange gaz/air à circuler dans le sens opposé au sens d'écoulement général des produits de combustion représenté par la flèche E. Le déflecteur 5 peut être plan, mais il a de préférence une forme concave par rapport au conduit 4. I1 peut donc être en forme de coupole, de parabole ou de semiellipsoïde, tourné(e) vers le conduit 4. Ainsi, le déflecteur 5 oriente le courant de mélange gaz/air dans le sens opposé au sens E d'écoulement général des produits de combustion, et il contribue, par le choc du mélange gaz/air contre le déflecteur, à améliorer l'homogéneïté du mélange. Une partie de liaison 6 relie généralement le conduit 4 au déflecteur 5 afin de les rendre solidaires. Cette partie de liaison 6 doit permettre la sortie du mélange gaz/air. Elle a donc généralement la forme d'un disque comportant des ouvertures 7 laissant passer le mélange gaz/air. En fonctionnement normal, le gaz est introduit (suivant la flèche G) dans un tube 4bis qui débouche dans le conduit 4 reliant le caisson du ventilateur 4ter du brûleur 3 à la tête de combustion constituée par le déflecteur 5 et la partie de liaison 6. L'air est donc aspiré par le ventilateur 4ter (suivant la flèche A) puis s'engouffre (suivant les flèches B) dans le conduit 4, où il se mélange au gaz. Le mélange gaz/air peu homogène se déplace ensuite dans le conduit 4, s'engage dans l'espace situé entre le conduit 4 et le déflecteur 5, se heurte au déflecteur 5 et est ainsi renvoyé dans le sens opposé au sens E d'écoulement général des produits de combustion. La flamme se développe donc dans le sens opposé au sens E d'écoulement général des produits de combustion dans le foyer, c'est-à-dire, depuis les ouvertures 7 vers la face interne 8 de la plaque foyère 8bis closant hermétiquement le foyer 1, cette face interne 8 étant celle par laquelle le conduit 4 arrive dans le foyer 1. Ceci provoque alors une recirculation des produits de combustion dans la flamme. Il est en outre avantageux que la distance moyenne (désignée par h sur la figure 1), séparant la partie de liaison 6 de la face interne 8 de la plaque foyère 8bis, soit inférieure au diamètre (désigné par d sur la figure 1) de ce foyer 1. Selon une première variante avantageuse illustrée par la figure 2, le conduit 9 du brûleur 10 présente plusieurs parties. La partie (ou tronçon) 11 située le plus en amont par rapport au sens d'écoulement du mélange gaz/air, présente une section transversale supérieure à la section transversale de la partie (ou tronçon) 12 située à l'extrémité du conduit 9 (c'est-à-dire située le plus en aval). Le conduit 9 peut également comprendre une partie intermédiaire 13 située entre les parties 11 et 12 et qui peut être de forme tronconique. La réduction de la section du conduit 9, de la partie 11 vers la partie 12, c'est-àdire dans le sens d'écoulement du mélange gaz/air, augmente la vitesse de déplacement de ce mélange, ce qui, d'une part, confère à l'écoulement un caractère turbulent qui améliore l'homogénéité du mélange, et d'autre part, permet au jet du mélange gaz/air de percuter plus énergiquement le déflecteur 14, ce qui favorise également l'homogénéisation du mélange. De préférence, un ou plusieurs obstacles destinés à favoriser le mélange gaz/air sont disposés dans le conduit 9, par exemple au niveau de la jonction entre les parties 11 et 13. De tels obstacles peuvent notamment revêtir la forme d'une disque en tôle perforée 16. Selon une deuxième variante encore plus avantageuse que la précédente et illustrée par la figure 3, le brûleur 17 comprend des moyens anti-retour de flamme, situés entre les ouvertures 18 constituant la sortie du brûleur 17 et l'extrémité libre 19 du conduit 20. Ces moyens anti-retour de flamme peuvent être constitués par une toile métallique 21 disposée derrière le disque perforé 22 assurant la liaison entre le déflecteur en forme de coupole 23 et le conduit 20. De préférence, des moyens de protection thermique, constitués par exemple par une gaine en acier inoxydable 24, sont prévus au moins partiellement autour du conduit 20. Ces moyens de protection thermique, en jouant le rôle d'une barrière isolante entre la flamme et l'extrémité 19 du conduit 20, permettent de prévenir les prises de feu que pourrait provoquer l'échauffement du conduit 20 par la flamme lors de la combustion. Le générateur avec foyer selon l'invention comprend au moins un foyer dans lequel est disposé au moins un brûleur selon l'invention. Avantageusement, comme cela a déjà été commenté, les dimensions du foyer et du brûleur sont telles que la distance entre la partie de liaison du brûleur et la plaque foyère soit inférieure au diamètre de ce foyer. De préférence, le générateur avec foyer selon l'invention possède, comme on le voit sur la figure 3, un foyer primaire 25 dans lequel se trouve le brûleur selon l'invention et un foyer secondaire 26 disposé dans le prolongement du foyer primaire, les deux foyers étant de forme sensiblement cylindrique, mais le foyer secondaire ayant un diamètre inférieur à celui du foyer primaire. De telles dispositions permettent de favoriser l'absorption du rayonnement de la flamme et de réduire le temps de séjour des produits de combustion dans la zone chaude, comme cela est enseigné par le brevet précité de la Demanderesse dont le contenu est incorporé par référence dans la présente demande de brevet. REVENDICATIONS 1. Brûleur (3,10,17) pour générateur avec foyer (1,25), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (5,14,23) permettant le développement de la flamme dans le sens opposé au sens (E) d'écoulement général des produits de combustion dans le foyer (1,25). 2. Brûleur (3,10,17) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (5,14,23) permettant le développement de la flamme dans le sens opposé au sens (E) d'écoulement général des produits de combustion dans le foyer (1,25) sont constitués par un déflecteur (5,14,23) disposé en face du conduit d'alimentation (4,9,20) du brûleur (3,10,17). 3. Brûleur (3,10,17) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur (5,14,23) a une forme concave par rapport au conduit d'alimentation (4,9,20). 4. Brûleur (3,10,17) selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation (4,9,20) et le déflecteur (5,14,23) sont reliés par une partie de liaison (6,22) permettant le passage du mélange combustible/comburant. 5. Brûleur (3,10,17) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie de liaison (6,22) revêt la forme d'un disque comportant des ouvertures (7,18). 6. Brûleur (3,10,17) selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation (4,9,20) présente au moins deux parties (11,12) de sections transversales différentes, la partie (11) ayant la section transversale la plus importante étant celle située le plus en amont par rapport au sens d'écoulement du mélange combustible/comburant. 7. Brûleur (3,10,17) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre la partie de liaison (6,22) et le déflecteur (5,14,23) , des moyens anti-retour de flamme (21). 8. Brûleur (3,10,17) selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, à l'intérieur du conduit d'alimentation (4,9,20), au moins un obstacle (16) destiné à favoriser le mélange combustible/comburant. 9. Brûleur (3,10,17) selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de protection thermique (24) disposés au moins partiellement autour du conduit d'alimentation (4,9,20). 10. Générateur avec foyer (1,25), caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un brûleur (3,10,17) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Générateur avec foyer (1,25) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les dimensions du foyer (1,25) et du brûleur (3,10,17) sont telles que la distance entre la partie de liaison (6,22) et la plaque foyère (8bis) soit inférieure au diamètre dudit foyer (1,25). 12. Générateur avec foyer (1,25) selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un foyer (1,25) primaire dans lequel se trouve un brûleur (3,10,17) et un foyer secondaire (26) disposé dans le prolongement dudit foyer primaire (1,25), les deux foyers (1,25;26) étant de forme sensiblement cylindrique, mais le foyer secondaire (26) présentant un diamètre inférieur à celui du foyer primaire (1,25).