Brevet FR2795486A1 — publié le 20001229

GENERATEUR AVEC FOYER, A FORMATION D'OXYDES D'AZOTE REDUITE L'invention concerne un générateur avec foyer tel qu'une chaudière à gaz, dont la formation d'oxydes d'azote est réduite. ETAT DE LA TECHNIQUE On sait que la formation des oxydes d'azote est due, presque exclusivement, dans les chaudières à gaz, à l'oxydation de l'azote de l'air comburant et est favorisée par une température très élevée (supérieure à 1200 C). Jusqu'à présent, on a donc cherché à diminuer la température de flamme, en vue de réduire la formation des oxydes d'azote. Ceci a notamment été obtenu par l'augmentation de la taille du foyer. Il a aussi été proposé d'injecter une partie des produits de combustion dans la flamme. En effet, ces fumées vont alors absorber une partie de la chaleur de combustion, et le dioxyde de carbone (CO,) ainsi que la vapeur d'eau contenus dans ces fumées, du fait de leur pouvoir émissif, contribuent également à abaisser la température de flamme. II serait cependant intéressant de diminuer encore plus cette réduction de la formation des oxydes d'azote. La Demanderesse a donc poursuivi des recherches dans ce sens. EXPOSE SOMMAIRE DE L'INVENTION La Demanderesse est parvenue à mettre au point un générateur amélioré, dont le fonctionnement produit peu d'oxydes d'azote par rapport aux générateurs de l'état de la technique. Ce générateur à formation d'oxydes d'azote réduite est donc du type comportant un foyer dans lequel débouche un gueulard à l'intérieur duquel s'écoule un mélange comburant/carburant, et il se caractérise en ce qu'il comporte, à proximité du nez du gueulard, des moyens aptes à provoquer le renvoi vers le gueulard d'une partie des produits de combustion. Un tel générateur atteint donc les objectifs que la Demanderesse s'est fixés et présente en outre l'avantage d'être simple à réaliser et peu coûteux. D'autres avantages et caractéristiques 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 7. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES La figure 1 représente schématiquement, partiellement et en coupe, un générateur avec foyer selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement, partiellement et en coupe, une première variante du générateur avec foyer selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement, partiellement et en coupe, une deuxième variante du générateur avec foyer selon l'invention. La figure 4 représente schématiquement, partiellement et en coupe, une troisième variante du générateur avec foyer selon l'invention. La figure 5 représente schématiquement, partiellement et en coupe, une quatrième variante du générateur avec foyer selon l'invention. La figure 6 représente schématiquement, partiellement et en coupe, une cinquième variante du générateur avec foyer selon l'invention. La figure 7 représente schématiquement, partiellement et en coupe, une sixième variante du générateur avec foyer selon l'invention EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION Le but visé par l'invention est donc, notamment, de favoriser la recirculation interne d'une partie des gaz de combustion dans la flamme. Cette recirculation interne est différente de la recirculation externe qui consiste à aspirer une partie des fumées à l'aide d'un ventilateur pour l'injecter dans la flamme. Selon l'invention, la recirculation interne est réalisée au moyen d'éléments fixes qui, implantés dans le foyer, à une distance relativement faible de l'extrémité du gueulard, provoquent le renvoi vers le gueulard d'une partie des produits de combustion. Ces éléments fixes peuvent être de forme générale annulaire. Ainsi, ils favorisent une recirculation en ramenant, par un mouvement de descente le long de la paroi du foyer, une partie des produits de combustion vers le nez du gueulard. Cette recirculation peut avantageusement être renforcée en fixant un venturi sur le gueulard, ce qui a pour effet de favoriser le mélange entre les produits de combustion recyclés et le mélange comburant/carburant sortant du gueulard. Les élément fixes peuvent aussi être de forme générale circulaire et être dans l'axe du gueulard, face à ce dernier, donc au centre du foyer. Une partie du mélange déjà partiellement brûlé peut alors, en raison de la faible distance séparant ces éléments et le nez du gueulard, venir se mélanger à nouveau avec du mélange comburant/carburant frais. La faible distance permet de préserver lesdits éléments fixes d'une chauffe trop importante, car la flamme développe sa température maximale à une distance axiale par rapport au nez du gueulard plus grande. Le générateur avec foyer selon l'invention peut être un appareil de chauffage tel qu'une chaudière. II 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 7. Sur la figure 1 est représenté partiellement une chaudière à gaz. Cette chaudière comprend un foyer cylindrique 1, un liquide caloporteur 2 qui est de l'eau, et un gueulard de brûleur 3, coaxial avec le foyer 1, et qui est destiné à l'alimentation en mélange comburant/carburant (air/gaz) du foyer 1. Le gueulard 3 est un tube, de section transversale circulaire, qui s'étend de l'extrémité de la chaudière, vers l'intérieur du foyer 1. Selon l'invention, à distance de l'extrémité 4 du gueulard 3 située à l'intérieur du foyer 1 et appelée " nez ", est disposé un anneau 5 de faible épaisseur et coaxial avec le gueulard 3. Le diamètre externe de cet anneau 5 est sensiblement égal au diamètre intérieur du foyer 1. Le diamètre intérieur de l'anneau 5 peut être choisi sensiblement égal au double du diamètre du gueulard 3 et sa distance par rapport au nez du gueulard 3 est de préférence telle que le tronc de cône construit en reliant la circonférence extérieure de l'extrémité du gueulard 3 à la circonférence intérieure de l'anneau 5 ait un angle au sommet de l'ordre de 60 C. L'anneau 5 est fixé de façon connue (soudage...) contre la paroi du foyer 1. Lors du fonctionnement de la chaudière, le mélange gaz,/air est introduit dans le gueulard 3 suivant la flèche F, et il se produit, au niveau du nez 4, une combustion matérialisée par la flamme 6. Une partie des gaz de combustion est arrêtée par l'anneau 5 et renvoyée suivant les flèches G vers l'amont (si l'on se réfère au sens de circulation du mélange gaz/air), puis elle repasse dans la flamme 6 dont elle abaisse la température. Selon une première variante illustrée par la figure 2, le renvoi d'une partie des gaz de combustion dans la flamme est réalisé au moyen d'un disque 7 de faible épaisseur, disposé en face du nez 8, coaxialement avec le gueulard 9 et relié aux parois du foyer ou au gueulard par des pattes de fixation (non représentées). Le diamètre de ce disque 7 est préférentiellement supérieur de 50 ,% au diamètre du gueulard 9. La distance entre le disque et le nez du gueulard 9 est de préférence comprise entre '/2 et 1 fois le diamètre du gueulard 9. Selon une deuxième variante illustrée par la figure 3, le renvoi est réalisé au moyen d'un élément 10 en forme de portion de tore, cet élément 10 étant disposé de telle sorte que son côté concave 1 1 soit tourné vers le nez 12. Comme on peut le voir sur la figure 3, le diamètre extérieur de l'élément 10 est sensiblement égal au diamètre intérieur du foyer. Son diamètre intérieur est de préférence sensiblement égal au double du diamètre extérieur du gueulard. Selon une troisième variante illustrée par la figure 4, le renvoi est réalisé au moyen d'un élément 13 en forme de cône coaxial avec le gueulard et dont le sommet s'éloigne du nez 14. Le diamètre de la base de cône 13 est de préférence supérieur de 50% au diamètre extérieur du gueulard. L'angle de ce cône peut être de 120 C. Selon une quatrième variante illustrée par la figure 5, le renvoi est réalisé au moyen d'un élément 15 en forme de calotte sphérique, coaxiale avec le gueulard et orientée de telle sorte que son côté concave 16 soit tourné vers le nez 17. Le diamètre extérieur de la calotte 15 est supérieur (jusqu'à 50% supérieur) au diamètre extérieur du gueulard. Selon une cinquième variante illustrée par la figure 6, le renvoi est réalisé au moyen d'un élément 18 en forme de tronc de cône coaxial avec le gueulard et dont la base s'éloigne du nez 19. Le diamètre extérieur du tronc de cône est sensiblement égal au diamètre intérieur du foyer. Son diamètre intérieur est de préférence sensiblement égal au double du diamètre extérieur du gueulard. Selon une sixième variante illustrée par la figure 7, le mouvement de recirculation des produits de combustion est amplifié, en particulier dans les cas représentés par les figures I, 3 et 6, par un élément 20 comportant une partie supérieure 21 de forme cylindrique ou légèrement tronconique se prolongeant par une partie inférieure 22 de révolution, par exemple, en forme de tronc de cône ou de disque plat. Le diamètre moyen de cette partie 22 est supérieur au diamètre moyen de la partie supérieure 21. La base du tronc de cône constituant la partie inférieure 22 et, le cas échéant, la base du tronc de cône constituant la partie supérieure 21 est/sont tournées vers l'amont du gueulard 23. L'élément 20 est coaxial avec le gueulard 23 et son diamètre intérieur minimum est supérieur à celui du gueulard 23. Ainsi, l'élément 20 peut être disposé autour du gueulard 23, avec le nez 24 du gueulard 23 débouchant alors à l'intérieur de l'élément 20. Une telle disposition est destiné â créer un effet Venturi, ce qui favorise le mélange, au niveau du nez 24, des produits de combustion recyclés par l'anneau 5bis et du mélange air/gaz, car le jet de ce dernier peut alors entraîner lesdits produits de combustion dans la flamme. De préférence, le générateur avec foyer selon l'invention est utilisé de telle sorte que l'axe du foyer soit vertical. Ainsi, la symétrie de fonctionnement est optimale tant pour les températures que pour la recirculation d'une partie des produits de combustion. L'élément 5 en forme d'anneau (figure 1), l'élément 11 en forme de portion de tore (figure 3), l'élément 18 en forme de tronc de cône (figure 6) semblent être les modes de réalisation de l'invention qui apportent les meilleurs résultats, car ces éléments perturbent peu l'écoulement des produits de combustion, et, du fait qu'ils ne sont pas directement dans la flamme, ils ne sont pas soumis à une température excessive. REVENDICATIONS 1. Générateur à formation d'oxydes d'azote réduite, du type comportant un foyer (1) dans lequel débouche un gueulard (3,9,23) à l'intérieur duquel s'écoule un mélange comburant/carburant, caractérisé en ce qu'il comporte, à proximité du nez (4) du gueulard (3), des moyens (5,7,10,13,15,18,20) aptes à provoquer le renvoi vers le gueulard (3,9,23) d'une partie des produits de combustion. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (5) sont constitués par un anneau (5) coaxial avec le gueulard (3). 3. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (7) sont constitués par un disque (7) coaxial avec le gueulard (9) et disposé en face du nez (8) de ce dernier. 4. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (10) sont constitués par un élément (10) ayant la forme d'une portion de tore, cet élément (10) étant disposé de telle sorte que son côté concave (11) soit tourné vers le nez (12) du gueulard. 5. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (13) sont constitués par un élément (13) en forme de cône, coaxial avec le gueulard et dont le sommet s'éloigne du nez (14) du gueulard. 6. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (15) sont constitués par un élément (15) en forme de calotte sphérique, coaxiale avec le gueulard et orientée de telle sorte que son côté concave (16) soit tourné vers le nez (17) du gueulard. 7. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (18) sont constitués par un élément (18) en forme de tronc de cône, coxial avec le gueulard et dont la base s'éloigne du nez (19) du gueulard. 8. Générateur selon l'une des revendications 1, 2, 4 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément (20) comportant une partie supérieure (21) de forme cylindrique ou légèrement tronconique se prolongeant par une partie inférieure de révolution (22), le diamètre moyen de la partie inférieure (22) étant supérieur au diamètre moyen de la partie supérieure (21), la base de la partie inférieure (22) et, le cas échéant, la base de la partie supérieure (21) étant tournées vers l'amont du gueulard (23), ledit élément (20) étant coaxial avec le gueulard (23) et entourant ce dernier, et le nez (24) du gueulard (23) débouchant â l'intérieur de l'élément (20). 9. Utilisation d'un générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'axe du foyer du générateur est vertical.