Brevet FR2791415A1 — publié le 20000929

i De manière générale, la présente invention concerne un dispositif d'émission surfacique d'un rayonnement infra-rouge, avec contrôle de la puissance de ce dernier, c'est-à-dire de la puissance rayonnée. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif comprenant un foyer de combustion comportant une paroi de combustion catalytique, en matériau réfractaire, perméable selon son épaisseur, et adaptée pour le passage d'un mélange à brûler (gaz combustible par exemple gaz naturel, plus gaz comburant, par exemple air), de sa face amont à sa face aval émettant le rayonnement infra-rouge; la surface développée interne de la paroi de combustion catalytique étant revêtue par une matière catalytique de combustion, par exemple du platine et/ou du palladium. Plus particulièrement, I'invention a pour objet un procédé d'émission surfacique d'un rayonnement infra-rouge, mettant en oeuvre une paroi de combustion catalytique telle que définie précédemment, au sein de tout dispositif approprié, et selon lequel on mélange un gaz combustible, par exemple du gaz naturel, présentant une température de référence d'oxydation, au contact de la matière catalytique et avec un gaz comburant, par exemple air, pour obtenir avec ledit gaz comburant un mélange à brûler, passant au travers de la paroi de combustion catalytique, les gaz brûlés étant évacués par la face aval de cette dernière. L'invention a pour objet un mode ou méthode de contrôle de la puissance du rayonnement infra-rouge émis, permettant une grande souplesse de fonctionnement, aussi bien en mode continu que discontinu, et ce sans apport important d'énergie thermique supplémentaire, par rapport à celle requise par le fonctionnement nominal du dispositif d'émission surfacique, et en particulier de la paroi de combustion catalytique. Conformément à la présente invention, éventuellement on dispose d'au moins un autre gaz combustible, par exemple butane, présentant une température d'oxydation, au contact de la matière catalytique et avec le gaz comburant (air par exemple), inférieure à la température d'oxydation, de référence, du gaz combustible, par exemple gaz naturel. Et on prévoit au moins deux modes ou étages de fonctionnement thermique, pour la paroi de combustion catalytique, à savoir: a) un dernier étage ou mode de combustion à haute température, dans lequel le mélange à brûler est obtenu à partir dudit gaz combustible et du gaz comburant, puis passe au travers de la paroi de combustion catalytique, pour déterminer une plage de fonctionnement thermique à haute température de ladite paroi, entre une température dite troisième température, et une autre température dite quatrième température, supérieure à ladite troisième température, b) un étage intermédiaire ou mode de combustion à basse température, dans lequel le mélange à brûler est obtenu à partir de l'autre gaz combustible, et du même gaz comburant, puis passe au travers de la même paroi de combustion catalytique, pour déterminer une plage de fonctionnement thermique à basse température de ladite paroi, entre une température dite première température, inférieure à ladite troisième température, et une autre température dite deuxième température, au moins égale à la troisième température, c) un autre étage intermédiaire, ou mode dit d'échauffement, en substitution de l'étage intermédiaire selon (b), ou s'ajoutant à et précédant ledit étage intermédiaire (b), selon lequel la paroi de combustion catalytique est échauffée ou maintenue entre une température dite cinquième température, inférieure à la troisième température, et éventuellement inférieure à la première température, et une autre température dite sixième température, supérieure à la cinquième température, éventuellement au moins égale à la première température ou à la troisième température. La présente invention est maintenant décrite, par référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 représente un dispositif ou équipement 1 d'émission surfacique d'un rayonnement infra-rouge, pouvant être réalisé selon trois modes d'exécution différents, tous représentés de manière schématique sur la figure 1; c'est par rapport à ce dispositif, et plus particulièrement par rapport à sa paroi de combustion catalytique, que seront décrits les différents modes ou étages de fonctionnement thermique selon l'invention. - la figure 2 représente un diagramme de fonctionnement du dispositif représenté à la figure 1, conformément à l'invention, et selon une première modalité de cette dernière; en abscisses sont représentées les températures, et en ordonnée le temps de fonctionnement du dispositif; en trait plein est représentée la température de l'air comburant et en trait pointillé la température de la paroi de combustion catalytique; audessous des ordonnées, de haut en bas, trois traits continus ou discontinus représentent respectivement la présence (trait plein) ou l'absence (absence de trait) d'air atmosphérique comburant, de butane, et de gaz naturel, dans le mélange à brûler catalytiquement. Conformément à la figure 1, un dispositif 1 d'émission surfacique d'un rayonnement infra-rouge, comprend pour l'essentiel un foyer 2 de combustion catalytique, un moyen 32 de formation ou obtention du mélange à brûler, et un boîtier 21 dans lequel le foyer de combustion 2 est disposé au moins pour partie. Le foyer de combustion 2 est organisé et construit autour de trois parois, 3,6 et 8, identiques ou non, ayant par exemple une forme rectangulaire, en matériau réfractaire, perméables selon leur épaisseur, et adaptées chacune pour le passage du mélange à brûler 4, de leur face amont à leur face aval, selon le sens de circulation dudit mélange à brûler. Ces trois parois, 3,6 et 8, sont constituées chacune par une galette de matériau céramique réfractaire, par exemple en cordiérite, traversée de sa face amont à sa face aval, toujours selon le sens de passage du mélange à brûler 4, par une multiplicité de canaux 10 parallèles; à titre d'exemple, il s'agit d'une galette en matériau du type "nid d'abeille", tel que vendu par différents fabricants, comme CORNING sous la dénomination CELCOR , et utilisé par exemple dans les pots de combustion catalytique de gaz d'échappement de moteurs thermiques. De l'amont vers l'aval, par rapport au sens de circulation du mélange à brûler 4, ces parois sont successivement: - une paroi 3 de combustion catalytique du mélange à brûler 4, dont la surface développée interne est revêtue par une matière catalytique de combustion, par exemple un dépôt en mélange de platine et de palladium, sur le matériau réfractaire de ladite paroi 3 de combustion catalytique, par l'intermédiaire ou non d'une couche ou revêtement d'un autre matériau minéral à grande surface développée, par exemple en alumine. - une paroi d'échange thermique 6, disposée en amont et en vis à vis de la paroi 3 de combustion catalytique - et une paroi 8 d'isolation thermique, disposée à distance, en amont et en vis à vis de la paroi d'échange thermique 6. Ces trois parois, 3, 6 et 8, superposées et alignées selon l'axe 4 du dispositif, sont montées transversalement 2 par rapport audit foyer, et précisément par rapport à sa chemise intérieure 16, réfractaire et isolante, par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 17, entre la tranche périphérique de chaque paroi ou galette 3, 6 ou 8, et ladite chemise 16. Le foyer de combustion 2 est disposé au moins pour partie, sinon en totalité, dans un boîtier 21, ménageant au moins une fenêtre 22 au regard de la face aval 3b de la paroi 3 de combustion catalytique, au travers de laquelle le rayonnement infra-rouge est émis à partir de la face aval 3b de la paroi 3. Le boîtier 21 comprend un corps 18 fermé par un couvercle 19, monté en regard d'une cloison 13, parallèle aux parois 6, 8 et 10, elles- mêmes parallèles entre elles. Une multiplicité de passages 15 de détente du mélange à brûler 4 sont disposés dans cette cloison 13, séparant d'un côté, c'est à dire du côté amont, une chambre 12 de distribution du mélange à brûler 4, et de l'autre côté, c'est à dire du côté aval, une chambre dite amont 5, par rapport à la paroi 3 de combustion catalytique, toujours selon le sens de circulation du mélange à brûler 4. La chambre amont 5 est alimentée d'un côté, à partir de la cloison 13 de détente, en mélange à brûler, et est fermée de l'autre côté par la paroi 3 de combustion catalytique. La paroi d'échange thermique 6, disposée en amont et en vis à vis de la paroi 3 de combustion catalytique, reçoit en fonctionnement par sa face aval 6b au moins la majeure partie de la chaleur rayonnée par la face amont 3a de la paroi 3 de combustion catalytique, au travers de laquelle circule le mélange à brûler, et au sein de laquelle s'effectue la combustion catalytique dudit mélange. Cette paroi 6 d'échange thermique est disposée seulement dans la chambre amont 5, et détermine avec la paroi 3 de combustion catalytique un interstice 7 intercalaire, séparé du reste de la chambre amont 5 par cette paroi d'échange thermique 6. La paroi d'isolation thermique 8 est disposée en amont et en vis à vis de la paroi 6 d'échange thermique, toujours transversalement dans la chambre amont 5, pour déterminer avec la paroi 6 un interstice intermédiaire 9, séparé du reste de la chambre amont 5 par cette paroi d'isolation thermique 8. Un diffuseur 11 du mélange à brûler 4 est disposé transversalement dans l'interstice intermédiaire 9. Ce diffuseur comprend une feuille perméable au mélange à brûler, en matériau réfractaire, par exemple papier ou mousse céramique. La paroi d'isolation thermique 8 et le diffuseur 11 peuvent être un seul et même composant, par exemple une paroi en mousse céramique, accolée ou non à la paroi 6 d'échange thermique. Comme le montre bien la figure 1, la paroi 6 d'échange thermique et la paroi 8 d'isolation thermique ont pratiquement la même surface que la surface aval 3b, rayonnante de la paroi 3 de combustion catalytique, c'est à dire que la surface utile de cette dernière. La paroi 6 d'échange thermique a le cas échéant une épaisseur supérieure à celle des parois 3 et 8, en fonction du degré de réchauffement recherché pour le mélange à brûler, avant sa combustion ou oxydation catalytique. Le dispositif 1 peut comprendre une vitre 23 en matériau céramique et transparent, qui ferme de manière étanche la fenêtre 22 du boîtier 21, au regard de la face aval 3b de la paroi 3 de combustion catalytique. Ce boîtier 21 avec sa fenêtre fermée par la vitre 23 ménage avec le foyer de combustion 2 un circuit 24 d'évacuation des gaz brûlés, sortant par la face aval 3b de la paroi 3 de combustion catalytique. Le boîtier 21 peut comporter un chemisage extérieur 27, en matériau isolant et réfractaire, ménageant avec la chemise 16 du foyer de combustion 2, un interstice annulaire dans lequel les gaz brûlés 25 circulent à contre courant du sens de passage du mélange à brûler 4. Un carter 28 peut être superposé au boîtier 21, en ménageant une chambre 29 de collection des gaz brûlés 25, en étant espacé du capot 19. Dans cette chambre de collection 29, les gaz brûlés 25 échangent leur chaleur avec le mélange à brûler 4, introduit dans la chambre de distribution 1 2. Le circuit 24 d'évacuation des gaz brûlés peut être agencé pour évacuer ces derniers transversalement par rapport à la direction de passage du mélange à brûler 4, à travers un passage dans le chemisage réfractaire 27, communiquant d'un côté avec l'interstice annulaire 24 entre chemise 16 et chemisage 27, et Il'extérieur. Le mélange à brûler 4 introduit dans la chambre de distribution 12 comprend, quel que soit le mode de fonctionnement thermique considéré, de l'air comburant 31 obtenu en comprimant ou surpressant de l'air atmosphérique 44, au moyen d'un compresseur 45 par exemple. Selon le mode de fonctionnement thermique de la paroi de combustion catalytique 3, cet air comburant 31 est mélangé avec: - un gaz combustible 30, par exemple gaz naturel, présentant une température de référence d'oxydation, au contact de la matière catalytique et avec l'air comburant 31, - un autre gaz combustible 40, par exemple du butane, présentant une température d'oxydation, au contact de la même matière catalytique et avec le même gaz comburant 31, inférieure à la température de référence, - et éventuellement des gaz brûlés, ou fumées 42 provenant de la combustion, en contact direct avec l'air comburant 31, d'un gaz combustible 41 brûlé dans le brûleur à flamme nue 43; ce gaz combustible est identique à ou différent de chacun des gaz 30 et 40. Comme le montre la figure 1, le brûleur 43 et les injections des gaz combustibles 30 et 40 sont situés à l'intérieur d'un conduit 46, communiquant à une extrémité avec la sortie du compresseur 45, et à l'autre extrémité avec l'entrée de la chambre de distribution 12 du dispositif 1 comportant la paroi 3 de combustion catalytique. Conformément à la figure 2, le diagramme de fonctionnement de la paroi 3 de combustion catalytique comprend au moins les trois étages ou modes de fonctionnement thermique suivants, à savoir: a) un dernier étage ou mode 51 de combustion à haute température, dans lequel le mélange à brûler 4 est obtenu à partir du gaz combustible, à savoir du gaz naturel, puis passe au travers de la paroi de combustion catalytique 3, pour déterminer une plage de fonctionnement thermique à haute température de cette même paroi, entre une température dite troisième température T3, et une autre température dite quatrième température T4, supérieure à ladite troisième température, b) un étage intermédiaire ou mode 50 de combustion à basse température, dans lequel le mélange à brûler 4 est obtenu à partir de l'autre gaz combustible, à savoir du butane 40, puis passe au travers de la même paroi 3 de combustion catalytique, pour déterminer une plage de fonctionnement thermique à basse température de cette paroi 3, entre une température dite première température T1, inférieure à ladite troisième température, et une autre température dite deuxième température T2, supérieure à la première température, et au moins égale à la troisième température T3, et c) un autre étage intermédiaire, ou mode 52 dit d'échauffement, s'ajoutant à et précédant l'étage intermédiaire 50, selon lequel la paroi 3 de combustion catalytique est échauffée ou maintenue entre une température dite cinquième température T5, inférieure à la première température T1, et une autre température dite sixième température T6, supérieure à la cinquième température T5, et au moins égale à la première température T1. Préférentiellement, s'agissant d'un mode de fonctionnement comportant les étages thermiques (a) à (c) précédemment décrits, les températures T1 à T6 sont par exemple respectivement - entre 150 C et 320 C pour T1, - de l'ordre de 650 C pour T2, - entre 555 C et 650 C pour T3, - de l'ordre de 900 C pour T4, - la température ambiante pour T5, - de l'ordre de 320 C pour T6. Différents modes d'échauffement de la paroi 3 de combustion catalytique sont considérés, lorsque l'autre étage intermédiaire 52, dit d'échauffement, fait partie du fonctionnement thermique de la paroi 3 de combustion catalytique, à savoir: - la paroi 3 de combustion catalytique est échauffée en chauffant le gaz comburant 31, qui passe ensuite au travers de la paroi 3; ce gaz peut être chauffé, soit par mélange avec des gaz brûlés ou fumées 42, obtenus par une combustion à flamme nue, effectuée dans le brûleur 43, en amont de la paroi catalytique 3, avec un gaz combustible 41, différent ou identique à chacun des gaz combustibles 30 et 40, soit par passage du gaz comburant 31 au contact d'une résistance électrique, - ou encore la paroi de combustion catalytique 3 est chauffée, en allumant une flamme nue, selon toute la surface aval 3b de la paroi 3, laquelle échauffe le matériau réfractaire de ladite paroi, et donc la matière catalytique, ce qui amorce la combustion catalytique, en éteignant la flamme nue précédemment allumée. A titre de variante, mais de manière non décrite par le diagramme de la figure 2, la paroi de combustion catalytique 3 fonctionne selon deux étages (a) et (b) de combustion, respectivement à haute température et basse température, avec respectivement leurs modes de fonctionnement thermique précédemment définis, à savoir - le dernier étage (a), - et le seul étage intermédiaire (b), dont la première température est proche de la température ambiante. Cette variante suppose de pouvoir échauffer la paroi 3 de combustion catalytique, par combustion à flamme nue, avec l'autre gaz combustible, butane par exemple A titre d'alternative, la paroi de combustion catalytique 3 fonctionne, toujours selon deux étages, mais selon respectivement les modes (a) et (c) précédemment décrits, à savoir - le dernier étage (a), - et l'étage (c) d'échauffement, dont la sixième température T6 est au moins égale à la troisième température T3. Dans chaque étage de fonctionnement (a) ou (b), la température de la paroi 3 de combustion catalytique est réglée ou contrôlée, en contrôlant ou réglant la pression du gaz combustible 30, ce qui permet à son tour de contrôler la puissance du rayonnement infra-rouge émis par la face aval 3b de la paroi 3 de combustion catalytique. Ces trois modes de fonctionnement thermique, mis en oeuvre de la manière décrite ou définie précédemment, permettent à la fois de démarrer la paroi 3 de combustion catalytique, c'est-à-dire de l'amener dans la plage 51 de fonctionnement thermique à haute température, et de contrôler la température de la paroi 3 de combustion catalytique. Par exemple, pour démarrer la paroi 3 de combustion catalytique, conformément au diagramme de la figure 2, on active l'étage intermédiaire 50 de combustion, puis le dernier étage 51 de combustion, lorsque la température de la paroi de combustion catalytique est au moins égale à la troisième température T3. Eventuellement, on active l'étage d'échauffement 52, puis on active l'étage intermédiaire 50 de combustion, lorsque la température de la paroi de combustion catalytique 3 est au moins égale à la première température T1. Pour contrôler la puissance du rayonnement infra-rouge émis par la paroi de combustion catalytique 3, on maintient actif le dernier étage 51 de combustion catalytique, en régulant la pression du gaz combustible 30, ou on désactive cet étage avec activation concomitante de l'étage 50 intermédiaire de combustion, selon que la température de la paroi 3 est réglée, à une valeur supérieure, ou inférieure ou égale à la troisième température T3. Eventuellement, on maintient activé l'étage intermédiaire de combustion 50, ou on désactive ce dernier avec activation concomitante de l'étage d'échauffement 52, selon que la température de la paroi 3 est réglée, ou à une valeur supérieure, ou à une valeur inférieure ou égale à la première température T1. Préférentiellement, dans l'étage (c) d'échauffement 52, le gaz comburant échauffé comprend de l'air chaud résiduel en provenance de la sortie d'un tunnel ou installation de rayonnement infra-rouge, dans lequel sont montés ou assemblés des dispositifs d'émission infra-rouge, tels que précédemment décrits par référence à la figure 1. Préférentiellement, dans au moins un étage de combustion (a) ou (b), le gaz combustible comprend des composés organiques volatils (COV), extraits ou recyclés à la sortie d'un tunnel de séchage, de revêtements ou matériaux comprenant lesdits COV, tunnel dans lequel sont montés ou installés un ou plusieurs dispositifs d'émission infra-rouge, tels que précédemment décrits par référence à la figure 1. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'émission surfacique d'un rayonnement infra-rouge, mettant en oeuvre une paroi (3) de combustion catalytique, en matériau réfractaire, perméable selon son épaisseur de sa face amont (3a) recevant un mélanger à brûler, à sa face aval (3b) évacuant les gaz brûlés et émettant le rayonnement infra-rouge, et dont la surface développée interne est revêtue par une matière catalytique de combustion, procédé selon lequel on mélange un gaz combustible (30), par exemple gaz naturel, présentant une température de référence d'oxydation, au contact de ladite matière catalytique et avec un gaz comburant, par exemple air, pour obtenir avec ledit gaz comburant le mélanger à brûler (4), caractérisé en ce que, éventuellement on dispose d'au moins un autre gaz combustible (40), par exemple butane, présentant une température d'oxydation, au contact de ladite matière catalytique et avec le gaz comburant (31), inférieure à la température de référence, et la paroi de combustion catalytique fonctionne selon au moins deux modes ou étages de fonctionnement thermique, à savoir: a) un dernier étage ou mode (51) de combustion à haute température, dans lequel le mélange à brûler (4) est obtenu à partir dudit gaz combustible et du gaz comburant, puis passe au travers de la même paroi (3) de combustion catalytique, pour déterminer une plage de fonctionnement thermique à haute température de ladite paroi de combustion catalytique, entre une température dite troisième température (T3), et une autre température dite quatrième température (T4), supérieure à ladite troisième température, b) un étage intermédiaire ou mode (50) de combustion à basse température, dans lequel le mélange à brûler (4) est obtenu à partir de l'autre gaz combustible et du même gaz comburant, puis passe au travers de la même paroi de combustion catalytique, pour déterminer une plage de fonctionnement thermique à basse température, entre une température dite première température (T1), inférieure à ladite troisième température, et une autre température dite deuxième température (T2), au moins égale à la troisième température (T3), c) un autre étage intermédiaire ou mode (52) dit d'échauffement, en substitution de l'étage intermédiaire (b), ou s'ajoutant à et précédant ledit étage intermédiaire (b), selon lequel la paroi (3) de l1 combustion catalytique est échauffée ou maintenue entre une température dite cinquième température (T5), inférieure à la troisième température (T3), éventuellement inférieure à la première température (T1), et une autre température, dite sixième température (T6), supérieure à la cinquième température, éventuellement au moins égale à la première température (T1). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'autre étage intermédiaire (c), la paroi de combustion catalytique (3) est échauffée en chauffant le gaz comburant (31), qui passe ensuite au travers de ladite paroi. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce que le gaz comburant (31) est chauffé par mélange avec des gaz brûlés, obtenus par une combustion (43) à flamme nue, effectuée en amont de la paroi de combustion catalytique (3). 4/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz comburant (31) est chauffé par passage au contact d'une résistance électrique. / Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'autre étage intermédiaire (c), la paroi de combustion catalytique (3) est échauffée, en allumant une flamme nue selon toute la surface aval (3b) de ladite paroi. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de combustion catalytique (3) fonctionne selon les trois étages (a) à (c), avec leurs plages de fonctionnement thermiques respectives, à savoir ledit autre étage intermédiaire (c), - puis ledit étage intermédiaire (b), dont la première température (T1) est au plus égale à la sixième température (T6), - et enfin le dernier étage (a), dont la troisième température (T3) est au plus égale à la deuxième température (T2). 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de combustion catalytique (3) fonctionne selon les deux étages (a) et (b), avec leurs plages de fonctionnement thermiques respectives, à savoir ledit étage intermédiaire (c), - puis le dernier étage (a), dont la troisième température (T3) est au plus égale à la sixième température (T6). 8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans chaque étage de fonctionnement thermique (a) ou (b), la température de la paroi (3) de combustion catalytique est réglée en contrôlant la pression du gaz combustible (30). 9/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour démarrer la paroi (3) de combustion catalytique, c'est-à-dire l'amener dans la plage (51) de fonctionnement thermique à haute température, on active l'étage intermédiaire (50) de combustion, puis le dernier étage (51) de combustion, lorsque la température de ladite paroi est au moins égale à la deuxième température (T2). / Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on active l'étage d'échauffement (52), puis on active l'étage intermédiaire (50) de combustion, lorsque la température de la paroi de combustion catalytique est au moins égale à la première température (T1). 11/ Procédé selon la revendication 1, selon lequel on contrôle la puissance du rayonnement infra-rouge émis, caractérisé en ce qu'on contrôle la température de la paroi (3) de combustion catalytique, en maintenant actif, ou désactivant le dernier étage (51) de combustion catalytique avec activation concomitante de l'étage intermédiaire (50) de combustion, selon que ladite température est réglée à une valeur supérieure ou inférieure ou égale à la troisième température. 12/Procédé selon la revendication 1 1, caractérisé en ce qu'on contrôle la température de la paroi de combustion catalytique, en maintenant activé, ou désactivant l'étage intermédiaire de combustion (50) avec activation concomitante de l'étage d'échauffement (52), selon que ladite température est réglée à une valeur supérieure ou inférieure ou égale à la première température. 13/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'étage (c) d'échauffement (52), le gaz comburant échauffé comprend de l'air chaud résiduel en provenance de la sortie d'un tunnel ou installation de rayonnement infra-rouge. 14/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans au moins un étage de combustion (a) ou (b), le gaz combustible comprend des composés organiques volatils (COV), extraits ou recyclés à la sortie d'un tunnel de séchage d'un revêtement ou matériau comprenant lesdits COV.