Brevet FR2788111A1 — publié le 20000707

Brûleur à gaz alimenté en air secondaire forcé. La présente invention se rapporte à l'alimentation en air secondaire d'un brûleur à gaz. On peut distinguer deux familles principales de brûleurs à gaz. Dans les brûleurs de la première famille, le gaz combustible et la totalité de l'air nécessaire à la combustion sont mélangés en amont des flammes. Ces brûleurs sont appelés brûleurs à prémélange total. Dans les brûleurs de la deuxième famille, un prémélange partiel de gaz et d'air est réalisé en amont des flammes et le complément d'air nécessaire à la combustion est prélevé dans l'air ambiant situé au voisinage des flammes. Ces brûleurs sont appelés brûleurs à prémélange partiel ou brûleurs à air secondaire. L'air secondaire est l'air prélevé au voisinage des flammes par opposition à l'air dit primaire prémélangé au gaz en amont des flammes. L'invention est une amélioration des brûleurs à air secondaire. Elle trouve particulièrement son utilité dans les brûleurs à gaz utilisés en cuisson domestique. En cuisson domestique, les brûleurs à gaz comportent une tête de brûleur située au-dessus d'une plaque d'âtre. Le prémélange d'air et de gaz s'échappe par des orifices situés à la périphérie de la tête de brûleur. Le fait de prélever l'air secondaire au voisinage des flammes impose qu'un espace libre soit ménagé au voisinage des flammes afin de ne pas perturber I'arrivée de l'air secondaire et l'évacuation des gaz brûlés. En effet si l'air secondaire n'arrive pas aux flammes en quantité suffisante, ou si les gaz brûlés ne peuvent s'échapper, la combustion est alors incomplète et produit notamment du monoxyde de carbone (CO) qui est un gaz toxique. Un espace libre suffisant impose une première hauteur libre de l'ordre de 30 mm entre la plaque d'âtre et les flammes pour l'arrivée de l'air secondaire et une deuxième hauteur libre de l'ordre de 15 mm entre les flammes et le fond d'un ustensile de cuisson chauffé par le brûleur. L'espace libre suffisant impose également des formes simples pour la tête de brûleur qui est généralement circulaire. Le but de l'invention est de permettre de se libérer de ces contraintes afin de réaliser des têtes de brûleur plus proches de la plaque d'âtre et de formes variées. Pour atteindre ce but, I'invention a pour objet un brûleur à gaz comportant des moyens d'alimentation en gaz, des moyens d'alimentation en air primaire et des moyens d'alimentation en air secondaire, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en air secondaire comportent des moyens pour forcer le déplacement de l'air. Un avantage lié à l'invention est de pouvoir se passer de grilles lO habituellement utilisées pour poser les ustensiles de cuisine et ainsi les tenir éloignés de la tête de brûleur. On peut ainsi grâce à l'invention, poser directement l'ustensile sur un corps de brûleur. Un autre avantage lié à l'invention est de ne pas nécessiter de tolérances trop serrées pour le débit d'air forcé, contrairement aux brûleurs à prémélange total, qui utilisent des moyens pour forcer le débit d'air primaire et qui nécessitent d'ajuster précisément le débit d'air par rapport au débit de gaz. L'invention sera mieux comprise à la lecture de plusieurs modes de réalisation illustrés au moyen du dessin joint dans lequel: - la figure 1 représente schématiquement un exemple de forme de tête de brûleur en vue de dessus. - la figure 2 représente un brûleur à gaz comportant une couronne de flammes; - la figure 3 représente un brûleur à gaz comportant trois couronnes de flammes. La figure 1 représente une étoile à cinq branches. Les lignes formant le contour de l'étoile représentent la positon des flammes du brûleur. La position des flammes n'est ici donnée, qu'à titre d'exemple, pour montrer la liberté de forme qui permet l'invention. En effet, I'alimentation forcée en air permet de fournir de l'air secondaire en quantité suffisante à toutes les flammes du brûleur, ce que ne permettrait pas l'alimentation en air secondaire par convection naturelle. Par exemple, dans la figure 1, une zone A des flammes située dans un des angles rentrant de l'étoile ne serait pas alimentée correctement en air secondaire par convection naturelle. Par contre, grâce à l'invention, la quantité d'air secondaire est suffisante dans la zone A. Pour une meilleure compréhension de l'invention, les modes de réalisation décrits à l'aide des figures 2 et 3 divulguent des brûleurs de révolution. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ces brûleurs et peut être mise en oeuvre quel que soit la forme du brûleur. Le brûleur à gaz représenté figure 2 est assemblé au travers d'une plaque d'âtre 1. Le brûleur comporte une tête de brûleur 2 et un chapeau de brûleur 3 situés au-dessus de la plaque d'âtre 1. La tête de brûleur 2 et le chapeau de brûleur 3 forment un corps de brûleur. La tête de brûleur 2 et le chapeau de brûleur 3 sont, à la figure 1, des pièces de révolution autour d'un axe 4 sensiblement perpendiculaire à la plaque d'âtre 1. Il est bien entendu possible que l'axe 4 ne soit pas perpendiculaire à la plaque d'âtre 1. Au-dessous de la plaque d'âtre 1 le brûleur comporte des moyens d'alimentation en gaz. Ces moyens d'alimentation en gaz comportent un injecteur 5 ainsi que des moyens 6 de réglage du débit de gaz. Ces moyens 6 comportent avantageusement un robinet dont la commande peut être électrique ou mécanique. L'injecteur 5 injecte du gaz dans une structure dite venturi 7 appartenant au brûleur. Le venturi 7 aspire de l'air dit primaire à son voisinage et réalise un prémélange d'air et de gaz. Le venturi 7 est raccordé à un canal 8 appartenant à la tête de brûleur 2. Le canal 8 est sensiblement d'axe 4. En aval du venturi 7, le prémélange d'air et de gaz est acheminé par le canal 8 vers un espace 9 situé entre une face supérieure 10 de la tête de brûleur 2 et une face inférieure 11 du chapeau de brûleur 3. L'espace 9 a sensiblement la forme d'un disque d'axe 4. Le prémélange circule dans l'espace 9 en s'éloignant de l'axe 4. Le prémélange s'échappe du brûleur par des orifices 12 réalisés par exemple au moyen de créneaux situés dans la tête de brûleur 2. Les créneaux sont recouverts par la face inférieure 11 du chapeau de brûleur 3. Le prémélange est enflammé à la sortie des orifices 12. Avantageusement, le chapeau de brûleur 3 comporte une face supérieure 25 sur laquelle on peut poser directement un ustensile de cuisson (non représenté) sans l'intermédiaire d'une grille, comme habituellement utilisé dans les tables de cuisson domestiques pour poser I'ustensile. Pour ce faire, il est nécessaire que les orifices 12 soient situés légèrement plus bas que la face supérieure 25, afin de ménager entre l'orifice 12 et l'ustensile un espace suffisant pour que la flamme puisse se développer correctement. Le brûleur comporte également des moyens d'alimentation en air secondaire. Avantageusement, ces moyens sont séparés des moyens d'alimentation en air primaire du brûleur afin que les deux flux d'air, air primaire et air secondaire ne se perturbent pas l'un, I'autre. Les moyens d'alimentation en air secondaire comportent des moyens pour forcer le déplacement d'air, par exemple au moyen d'un ventilateur 13 situé sous la lo plaque d'âtre 1. Le ventilateur 13 souffle de l'air dans une chambre 14 située elle aussi sous la plaque d'âtre 1. La chambre 14 est par exemple formée entre la plaque d'âtre 1 et une face inférieure 22 sensiblement plane et perpendiculaire à l'axe 4. Un contour 23 ferme la chambre en reliant la face inférieure 22 à la plaque d'âtre 1. La chambre 14 comporte deux orifices 15 et 24. L'orifice 24 est par exemple situé dans la face inférieure 22. La séparation de l'air primaire et de l'air secondaire est réalisée au moyen de la face inférieure 22. Le déplacement de l'air est forcé, par exemple au moyen du ventilateur 13, vers l'intérieur de la chambre 14 à travers l'orifice 24. L'air s'échappe de la chambre 14 à travers l'orifice 15. L'orifice 15 est par exemple réalisé au travers de la plaque d'âtre 1 autour du conduit 8. Après être sorti de l'orifice 15, I'air s'échappe entre le dessus de la plaque d'âtre 1 et le dessous de la tête de brûleur 2. L'air s'éloigne ensuite de l'axe 4 pour s'acheminer vers les flammes 16. Cet air est dit air secondaire. L'air primaire comporte environ 40 à 60% de l'oxygène nécessaire à la combustion, I'air secondaire apporte le complément d'air pour obtenir une combustion complète du gaz. La vitesse de l'air secondaire au voisinage des flammes 16 tend à évacuer les gaz brûlés. L'orifice 15 est avantageusement calibré et on dimensionne la chambre 14 et l'orifice 15 afin que le débit de l'air secondaire soit suffisant, lorsque le débit de gaz, réglé par les moyens 6 de réglage du débit de gaz, est maximum. L'orifice 15 est également dimensionné de telle sorte que la vitesse de l'air secondaire ne soit pas trop importante au point de perturber les flammes 16 même lorsque les moyens 6 de réglage du débit de gaz injecte dans le brûleur un débit minimum de gaz. Le ventilateur 13 peut avoir une vitesse constante. Avantageusement, dans ce cas, la chambre 14 peut alimenter plusieurs corps de brûleur simultanément en air secondaire. La chambre 14 comporte alors un seul orifice 24 par lequel le ventilateur 13 aspire de l'air dans la chambre 14 et autant d'orifices 15 que de corps de brûleur. Les différents corps de brûleur peuvent avoir des puissances différentes. Le dimensionnement de chaque orifice 15 est alors fonction de la puissance du corps de brûleur qu'il alimente. On peut avantageusement aménager la forme et les dimensions de la chambre 14 pour obtenir une vitesse de déplacement de l'air sensiblement égale vers chaque corps de brûleur. L'invention est ici décrite en rapport à un brûleur à gaz de révolution o les flammes 16 sont réparties angulairement, dans un plan perpendiculaire à l'axe 4, de façon constante. Pour que l'air secondaire soit également reparti de façon constante, il est avantageux que l'orifice 15 soit circulaire et d'axe 4. Si au contraire, les flammes 16 ne sont pas réparties de façon constante, on peut prévoir une forme particulière pour l'orifice 15, forme adaptée à la répartition des flammes 16. On peut aussi prévoir un ou plusieurs déflecteurs au voisinage de l'orifice 15 afin de répartir l'air secondaire en fonction de la répartition des flammes 16. Il est également possible de commander le débit d'air traversant le ventilateur 13 par exemple en commandant la vitesse du ventilateur 13. Des moyens de commande 17 du ventilateur 13 peuvent être reliés à un capteur de pression 18 mesurant la pression de l'air dans la chambre 14. On peut ainsi commander le ventilateur pour que la pression de l'air dans la chambre 14 soit sensiblement constante. Le capteur de pression 18 permet également de détecter un éventuel problème dans l'écoulement de l'air secondaire. Par exemple lorsque l'orifice 15 est obstrué, la pression mesurée par le capteur 18 augmente et les moyens de commande 17 tendent à réduire la vitesse du ventilateur 13, au dessous d'une valeur limite définie à la construction, ce qui permet de mettre en évidence un défaut de fonctionnement et par exemple couper l'arrivée de gaz à l'aide des moyens 6 de réglage du débit de gaz. Lorsque la pression de l'air dans la chambre est sensiblement constante, on peut alimenter plusieurs corps de brûleur au moyen d'un seul ventilateur 13. Les moyens de commande 17 peuvent par ailleurs être reliés à des moyens 19 de commande de la puissance du brûleur, afin que le ventilateur 13 soit commandé en fonction de la commande en puissance du brûleur. Les moyens 19 de commande de la puissance du brûleur sont reliés aux moyens 6 de réglage du débit de gaz et les commandent directement. Les moyens 19 de commande de la puissance du brûleur comportent par exemple un bouton rotatif ou un clavier actionné par un utilisateur. Lorsque le débit de gaz issu de l'injecteur 5 est minimum on réduit le débit d'air secondaire et lorsque le débit de gaz issu de l'injecteur 5 est maximum on 0 augmente le débit d'air secondaire en agissant sur les moyens 17 de commande du ventilateur. Commander le débit d'air secondaire en fonction de la commande en puissance du brûleur permet d'obtenir une quantité d'air secondaire juste nécessaire. Cette variante nécessite un ventilateur 13 par corps de brûleur. Les moyens de commande 17 du ventilateur peuvent à la fois être reliés au capteur de pression 18 et au moyen 19 de commande de la puissance du brûleur, afin que la pression d'air secondaire à l'intérieur de la chambre soit fonction de la commande en puissance du brûleur. Connaissant les dimensions de l'orifice 15, cette variante permet d'asservir le débit d'air secondaire à la commande en puissance du brûleur. Les moyens de commande 17 peuvent comporter un circuit électronique. Avantageusement, afin de refroidir ce circuit, on peut le placer sur le chemin du courant d'air entraîné par le ventilateur 13. Plus généralement, de nombreuses tables de cuisson comportent des circuits électroniques qu'il est nécessaire de refroidir, par exemple au moyen d'un ventilateur. Dans ces tables de cuisson, il est avantageux de n'utiliser qu'un seul ventilateur pour refroidir les circuits électroniques et pour créer un courant d'air forcé, conforment à l'invention. Le brûleur représenté figure 3 comporte l'ensemble des éléments représentés figure 2. Pour plus de simplicité ces éléments porteront les mêmes repères topologiques et ne seront pas décrits une deuxième fois. Les orifices 12 représentés figure 2, sont situés sur une couronne d'axe 4. Le brûleur représenté figure 2 comporte alors une seule couronne de flammes 16. A la différence de la figure 2 le brûleur représenté figure 3 comporte plusieurs couronnes de flammes 16, par exemple toutes concentriques de l'axe 4. Pour la réalisation d'un brûleur comportant plusieurs couronnes de flammes, on peut s'inspirer de la réalisation décrite dans la demande de brevet européen: EP 552 135. A la figure 3, trois couronnes de flammes 16 sont représentées. L'espace 9 est susceptible d'alimenter en prémélange les trois couronnes de flammes 16 du brûleur. L'alimentation en air secondaire de la couronne de flamme 16 la plus extérieure, se fait de façon identique dans les deux figures 2 et 3. Par contre pour alimenter les deux couronnes de flammes les plus intérieures, il est prévu au moins un canal 20 d'axe 21, ce canal traverse de part en part la tête de brûleur 2 et le chapeau 3, I'axe 21 est par exemple parallèle à l'axe 4. Le canal 20 permet ainsi d'alimenter en air secondaire les deux couronnes de flammes 16 les plus intérieures. On doit dimensionner le canal 20 afin que suffisamment d'air secondaire alimente l'ensemble des couronnes de flammes 16. Pour que les gaz brûlés issus des flammes, notamment des couronnes de flammes 16 intérieures puissent s'échapper, il est necessaire de surélever l'ustensile de cuisine soit au moyen d'une grille soit, si on souhaite se passer de grille, au moyen d'un aménagement du chapeau de brûleur 3 comme par exemple représenté à la figure 3. Cet aménagement comporte un bossage 26 dans la partie du chapeau de brûleur 3 située à l'intérieure de la couronne de flamme 16 la plus intérieure. L'ustensile de cuisine sera posé directement sur le bossage 26, ce qui permet de ménager un espace 27 entre le chapeau de brûleur 3 et l'ustensile de cuisine et à l'extérieur de la couronne de flamme 16 la plus intérieure. L'espace 27 permet aux gaz brûlés issus des couronnes de flammes 16 les plus intérieures d'être évacués. L'espace 27 peut être annulaire et d'axe 4. Il peut tout aussi bien être interrompu par des créneaux 28 de même hauteur que le bossage 26, afin d'améliorer la stabilité de l'ustensile de cuisine lorsqu'il est posé sur le chapeau de brûleur 3. REVENDICATIONS 1 - Brûleur à gaz comportant des moyens (5, 6) d'alimentation en gaz, des moyens d'alimentation en air primaire et des moyens (13, 14, 15) d'alimentation en air secondaire, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en air secondaire comportent des moyens (13) pour forcer le déplacement de l'air. 2 - Brûleur à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (13, 14, 15) d'alimentation en air secondaire sont séparés des moyens d'alimentation en air primaire. 3 - Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour forcer le déplacement de l'air comportent des moyens de réglage (17) du débit d'air. 4- Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour forcer le déplacement de l'air comportent une chambre (14), un ventilateur (13) soufflant l'air dans la chambre et un orifice (15) calibré permettant à l'air de sortir de la chambre en direction des flammes (16) du brûleur. 5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chambre (14) est située sous une plaque d'âtre (1) et en ce que l'orifice (15) est situé dans la plaque d'âtre (1) et en ce qu'en sortie de l'orifice (15) I'air se déplace entre la plaque d'âtre (1) et une tête de brûleur(2). 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la vitesse du ventilateur (13) est constante. 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le ventilateur (13) est commandé de telle sorte que la pression dans la chambre soit constante. 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le ventilateur (13) alimente en air un brûleur unique dont la puissance peut varier au moyen d'une commande (19) et en ce que la commande du ventilateur (13) est fonction de la commande en puissance du brûleur. 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le ventilateur (13) alimente en air un brûleur unique dont la puissance peut varier au moyen d'une commande (19) et en ce que le ventilateur (13) est commandé de telle sorte que le débit d'air secondaire soit fonction de la commande en puissance du brûleur. -Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le brûleur comporte plusieurs couronnes de flammes (16), toutes alimentées par les moyens (13, 14, 15) d'alimentation en air secondaire.