Brevet FR2791417A1 — publié le 20000929

L'invention concerne les brûleurs de combustible notamment pour les fours dont l'espace interne, destiné à recevoir des matériaux ou produits devant être chauffés, est prévu pour le développement de flamme(s) de chauffage, et elle concerne plus particulièrement un brûleur comportant un détecteur de flamme. En effet, en vertu de normes récentes, les instal- lations de combustion à brûleurs doivent comporter un dispo- sitif de contrôle de flamme(s), ou des dispositifs de con- trôle de flamme associés à chaque brûleur. Compte tenu de la température régnant dans ces installations et du spectre des rayonnements émis dans le four, la détection des flammes est à l'heure actuelle assu- rée par des détecteurs de rayonnements ultraviolets. Ces dé- tecteurs détectent les rayonnements ultraviolets directs de la flamme. Cependant, dans certains cas, une visée directe impose d'adopter des solutions techniques chères et contrai- gnantes notamment en ce qui concerne l'encombrement et par- ticulièrement la longueur du brûleur en saillie à l'intérieur du four. Par ailleurs, le positionnement des détecteurs perpendiculairement au rayonnement peut présenter un risque, car les détecteurs sont généralement incompatibles avec l'oxygène. L'invention a pour but de remédier à ces inconvé- nients et notamment de créer un brûleur muni d'un dispositif de contrôle de flamme simple, économique et fiable. A cette fin, l'invention concerne un brûleur de combus- tible pour la production d'une flamme extérieurement au brû- leur au moins approximativement depuis une région de sortie de celui-ci, comportant un corps creux présentant un espace interne allongé s'étendant longitudinalement dans une direc- tion aboutissant à la région de sortie et destiné à être parcouru par un flux de gaz mis en circulation vers cette région de sortie pour alimenter la flamme, et au moins un canal s'étendant dans l'espace interne au moins approximati- vement dans la même direction et destiné à être parcouru par un courant de fluide mis en circulation également vers la région de sortie pour alimenter la flamme, brûleur caracté- risé en ce qu'il comporte, disposé à l'intérieur dudit es- pace interne allongé du corps et dans ledit flux de gaz ex- térieurement au canal, un moyen de réflexion de rayonnements présentant une surface réfléchissante tournée vers la région de sortie du brûleur en étant inclinée par rapport à la di- rection longitudinale de l'espace interne du corps, et, la- téralement à cet espace interne allongé et séparé de celui- ci par une cloison étanche au gaz mais transmettant au moins une partie des rayonnements, un détecteur de rayonnements disposé au moins partiellement dans le trajet des rayonne- ments émis, lors de l'existence d'une flamme, par celle-ci, et réfléchis par la surface réfléchissante du moyen de ré- flexion. Grâce à ces caractéristiques, toute incompatibili- té entre détecteur et oxygène est rendue indifférente. Le brûleur selon l'invention peut de plus présen- ter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le détecteur de rayonnements est un détecteur de rayonnements au moins ultraviolets, et le moyen de réflexion est un moyen de réflexion au moins de rayonnements ultravio- lets; - le détecteur de rayonnements est contenu dans un boîtier relié au corps par un conduit communiquant avec l'espace interne par un orifice, ce conduit s'étendant laté- ralement perpendiculairement à la direction longitudinale de l'espace interne, le détecteur de rayonnements présentant une surface sensible dirigée en direction de l'orifice; - le brûleur comporte une conduite d'alimentation de l'espace interne par un flux de gaz, communiquant avec l'espace interne par un orifice, cette conduite s'étendant latéralement perpendiculairement à la direction longitudi- nale de l'espace interne; - le détecteur de rayonnements est contenu dans un boîtier relié au corps par un conduit communiquant avec l'espace interne par un orifice, le détecteur de rayonne- ments présentant une surface sensible dirigée en direction de l'orifice, une conduite communiquant avec l'espace in- terne pour l'alimenter par un flux de gaz, le conduit étant dans le prolongement de la conduite, le conduit et la con- duite s'étendant de part et d'autre du corps; - le moyen de réflexion est un miroir métallique dont la surface réfléchissante est constituée par une sur- face polie; - le flux de gaz mis en circulation dans l'espace interne du corps est un flux d'oxygène; - le flux de gaz mis en circulation dans l'espace interne du corps est un flux d'air; - le courant de fluide mis en circulation dans le canal est un courant de combustible à l'état de gaz; le brûleur comporte plusieurs canaux s'étendant dans l'espace interne du corps; - l'injecteur est en saillie hors du corps; - le corps comporte une tête dans laquelle est fixé le canal, lequel est relié à une conduite d'alimenta- tion en combustible à l'état de gaz, elle-même portée par la tête; - le moyen de réflexion est porté par un support fixé dans l'espace interne; le moyen de réflexion est porté par un support fixé extérieurement à la paroi d'au moins l'un des canaux. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre d'une forme de réalisation de l'invention représentée sur le des- sin annexé, la figure unique montrant très schématiquement un brûleur selon l'invention, avec un arrachement et une coupe partielle. Le brûleur 1 représenté sur la figure est destiné à être disposé dans un ouvreau traversant une paroi d'un four (non représenté) pour produire une flamme 2 accrochée à sa région de sortie ou à proximité immédiate de celle-ci, extérieurement au brûleur, dans l'espace interne de l'ouvreau du four. Ce brûleur 1 comporte un corps 3 creux présentant un espace interne 4 de forme allongée s'étendant longitudi- nalement à l'ouvreau. La section transversale du brûleur (comme celle de l'ouvreau) peut être circulaire, ou approxi- mativement rectangulaire, ou de toute autre forme en fonc- tion de celle désirée pour la flamme (flamme à section cir- culaire, flamme aplatie, etc.). Le corps 3 comporte une tête d'entrée de combustible en saillie hors de l'ouvreau et à l'extérieur du four, ou bien dans l'ouvreau et au voisinage de l'extérieur du four, et une extrémité de sortie au voisi- nage de l'espace intérieur du four. L'espace interne 4 du corps 3 et, de manière plus générale, le corps creux 3 lui- même, s'étendent dans une direction partant de la tête 5 et aboutissant à la région de sortie du brûleur. Le brûleur comporte également un canal 6 ou plu- sieurs canaux 6 parallèles ou non, s'étendant dans l'espace interne 4 du corps au moins approximativement dans la direc- tion dans laquelle s'étend cet espace interne 4. Ces canaux (ici trois canaux constitués par des cannes disposées en triangle équilatéral si l'on considère le brûleur en section transversale) sont fixés à l'une de leurs extrémités dans la tête 5, et leur extrémité opposée porte un injecteur 7 en saillie hors du corps du côté de la région de sortie du brû- leur. Les canaux 6 étant destinés à être parcourus par un courant de fluide, ici un courant de combustible à l'état de gaz, et à transmettre ce fluide combustible à la région de sortie pour alimenter la flamme par l'intermédiaire de l'injecteur, leur extrémité portée par la tête 5 est reliée à une conduite d'alimentation 8 en combustible dont une ex- trémité est elle-même portée par la tête et qui s'étend la- téralement perpendiculairement à la direction longitudinale du corps. L'espace interne 4 allongé du corps 3 étant lui- même destiné à être parcouru par un courant de gaz, ici de l'oxygène servant de comburant, et à transmettre ce gaz éga- lement à la région de sortie pour alimenter la flamme, la paroi du corps 3 est percée d'un orifice latéral circulaire 9 dans lequel débouche une conduite d'alimentation 10 en oxygène portée par le corps; cette conduite 10 s'étend la- téralement perpendiculairement à la direction longitudinale de l'espace interne 4 et parallèlement à la conduite 8, les deux conduites 8,10 étant de part et d'autre du corps 3. De plus, selon l'invention, la paroi du corps 3 est percée d'un orifice latéral circulaire 11 dont l'axe central est dans le prolongement de celui de l'orifice 9 pour le gaz, orifice 11 dans lequel débouche un conduit 12 de transmission de rayonnements porté par le corps; ce con- duit 12 s'étend latéralement perpendiculairement à la direc- tion longitudinale de l'espace interne 4 dans le prolonge- ment de la conduite 10, la conduite 10 et le conduit 12 étant de part et d'autre du corps 3. A l'extrémité du conduit 12 opposée à l'orifice 11, est fixé, par exemple par vissage, un boîtier de détec- tion 13 contenant un détecteur de rayonnements (non visible sur le dessin), ici un détecteur de rayonnements ultravio- lets, dont la surface sensible est dirigée en direction de l'orifice 11. Ce détecteur est destiné à détecter, lors de l'existence d'une flamme, les rayonnements émis par celle-ci et plus précisément ici les rayonnements ultraviolets. A cette fin, selon l'invention, un moyen de ré- flexion 14 de rayonnements est disposé dans l'espace interne 4 en présentant une surface réfléchissante 15 tournée obli- quement vers la région de sortie du brûleur; la surface ré- fléchissante 15 est inclinée par rapport à la direction lon- gitudinale de l'espace interne, d'un angle tel que les rayonnements ici ultraviolets soient réfléchis en direction du détecteur et que celui-ci soit disposé au moins partiel- lement dans le trajet de ces rayonnements réfléchis par la surface réfléchissante 14. Comme ici le conduit 12 est per- pendiculaire à la direction longitudinale de l'espace in- terne 4 (direction d'incidence), la surface réfléchissante est inclinée à 45 par rapport à cette direction en étant également tournée obliquement vers le conduit 12 et est au moins approximativement centrée sur l'axe de l'orifice 11, donc du conduit 12 et de la conduite 10; l'angle d'inclinaison de la surface réfléchissante 14 peut naturel- lement être différent, en fonction de l'angle du conduit 12 par rapport à la direction longitudinale de l'espace interne 4, et peut être compris par exemple dans la gamme allant de environ à 45 . Le moyen de réflexion 14, muni de la surface ré- fléchissante 15 est ici un miroir de préférence métallique porté par un support 16, mais peut être également un prisme en un matériau dont la bande de transmission s'étend dans la bande de sensibilité du détecteur, ici dans les ultravio- lets. Le support 16 du miroir 14 disposé et fixé dans l'es- pace interne 4 est ici fixé extérieurement à la paroi des canaux 6. De préférence, le moyen de réflexion 14 et sa sur- face réfléchissante 15 sont, dans l'espace interne 4, entiè- rement inscrits dans le prolongement en direction du conduit 12 de la surface interne de la paroi de la conduite 10 d'alimentation en oxygène, de telle sorte que la totalité du moyen de réflexion 14 soit aussi directement que possible soumise au flux de gaz sous pression issu de cette conduite ; ainsi, le refroidissement du moyen de réflexion est plus efficace que lorsque ce dernier est simplement dans le flux de gaz parcourant l'espace interne 4 à distance de son introduction dans cet espace interne. La surface réfléchissante 15 peut être par exemple de forme extérieure circulaire ou elliptique; elle peut être constituée sous la forme d'un miroir plan ou à profil incurvé selon la forme que l'on désire donner au faisceau réfléchi vers le détecteur (faisceau approximativement pa- rallèle, faisceau convergent, etc.). Afin que le détecteur de rayonnements (c'est-à- dire la surface sensible) disposé latéralement à l'espace interne 4 soit isolé de l'oxygène (ou de tout autre gaz no- cif pour lui), il est séparé de cet espace interne par une cloison étanche au gaz mais transmettant au moins une partie des rayonnements dans sa bande de sensibilité; cette cloi- son est ici une fenêtre en quartz intégrée au boîtier de dé- tection 13, ce qui explique qu'elle ne soit pas représentée sur le dessin, mais elle peut également consister en une l0 pastille en matériau approprié logée dans le conduit 12 por- tant le boîtier 13. Ainsi, une flamme s'étendant dans le four au moins approximativement depuis la région de sortie du brûleur, produisant des rayonnements s'étendant depuis les infrarou- ges jusqu'aux ultraviolets, une certaine quantité de ces rayonnements parvient au moyen de réflexion 14 formant ren- voi d'angle qui en réfléchit une partie vers le détecteur, lequel fournit en réponse un signal de détection de rayonne- ments. Comme on l'a vu, la surface réfléchissante est de préférence métallique, mais elle peut être constituée de tout matériau réfléchissant les rayonnements incidents de caractéristiques désirées, ici pour transmettre au détecteur des ultraviolets; on pourra par exemple à cette fin avoir une métallisation sur un support en quartz, ou une superpo- sition de couches formant un filtre passe-bande transmettant une bande relativement étroite de longueurs d'ondes. On peut noter que la mise en oeuvre, en tant que moyen de réflexion 14, d'un miroir en métal dont la surface est polie présente comme avantages un coût peu élevé, une diffraction extrêmement faible, une possibilité d'intégra- tion dans un espace réduit et, si nécessaire une focalisa- tion du rayonnement. On peut également noter que la configuration selon l'invention permet l'intégration du système de détection à des "cannes gaz" de très grande longueur et de section rela- tivement faible, et évite de percer la paroi réfractaire du four pour introduire le détecteur. De plus, le fait que le moyen de réflexion 14 soit soumis à un flux de gaz (ici d'oxygène, mais pouvant être en alternative de l'air ou un gaz combustible en prenant d'éventuelles précautions nécessaires), constitue une pro- tection contribuant à augmenter sa durée de vie. Enfin, le détecteur étant dans un conduit perpen- diculaire ou très oblique par rapport & la direction dans laquelle s'étend le corps creux 3 et ainsi l'ouvreau du brû- leur, il n'est que peu soumis au flux de chaleur provenant du four. REVENDICATIONS 1. Brûleur de combustible pour la production d'une flamme extérieurement au brûleur au moins approximativement depuis une région de sortie de celui-ci, comportant un corps (3) creux présentant un espace interne (4) allongé s'éten- dant longitudinalement dans une direction aboutissant à la région de sortie et destiné à être parcouru par un flux de gaz mis en circulation vers cette région de sortie pour ali- menter la flamme (2), et au moins un canal (6) s'étendant dans l'espace interne (4) au moins approximativement dans la même direction et destiné à être parcouru par un courant de fluide mis en circulation également vers la région de sortie pour alimenter la flamme, brûleur caractérisé en ce qu'il comporte, disposé à l'intérieur dudit espace interne (4) al- longé du corps (3) et dans ledit flux de gaz extérieurement au canal (6), un moyen de réflexion (14) de rayonnements présentant une surface réfléchissante (15) tournée vers la région de sortie du brûleur en étant inclinée par rapport à la direction longitudinale de l'espace interne du corps, et, latéralement à cet espace interne allongé et séparé de ce- lui-ci par une cloison étanche au gaz mais transmettant au moins une partie des rayonnements, un détecteur de rayonne- ments disposé au moins partiellement dans le trajet des rayonnements émis, lors de l'existence d'une flamme, par celle-ci, et réfléchis par la surface réfléchissante du moyen de réflexion. 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de rayonnements est un détecteur de rayon- nements au moins ultraviolets, et le moyen de réflexion (14) est un moyen de réflexion au moins de rayonnements ultravio- lets. 3. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de rayonnements est contenu dans un boîtier (13) relié au corps (3) par un conduit (12) communiquant avec l'espace interne (4) par un orifice (11), ce conduit s'étendant latéralement perpendiculairement à la direction longitudinale de l'espace interne (4), le détecteur de rayonnements présentant une surface sensible dirigée en di- rection de l'orifice (11). 4. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (10) d'alimentation de l'espace interne (4) par un flux de gaz, communiquant avec l'espace interne (4) par un orifice (9), cette conduite (10) s'éten- dant latéralement perpendiculairement à la direction longi- tudinale de l'espace interne (4). 5. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de rayonnements est contenu dans un boîtier relié au corps par un conduit (12) communiquant avec l'es- pace interne (4) par un orifice (11), le détecteur de rayon- nements présentant une surface sensible dirigée en direction de l'orifice (11), une conduite (10) communiquant avec l'es- pace interne (4) pour l'alimenter par un flux de gaz, le conduit (12) étant dans le prolongement de la conduite (10), le conduit (12) et la conduite (10) s'étendant de part et d'autre du corps (3). 6. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de réflexion (14) est un miroir métallique dont la surface réfléchissante (15) est constituée par une sur- face polie. 7. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux de gaz mis en circulation dans l'espace interne (4) du corps (3) est un flux d'oxygène. 8. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux de gaz mis en circulation dans l'espace interne (4) du corps (3) est un flux d'air. 9. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant de fluide mis en circulation dans le canal (6) est un courant de combustible à l'état de gaz. 10. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs canaux (6) s'étendant dans l'espace interne (4) du corps (3). 11. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injecteur (7) est en saillie hors du corps (3). 12. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (3) comporte une tête (5) dans laquelle est fixé le canal (6), lequel est relié à une conduite (8) d'alimentation en combustible à l'état de gaz, elle-même portée par la tête (5). 13. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de réflexion (14) est porté par un support (16) fixé dans l'espace interne (4). 14. Brûleur selon la revendication 1,caractérisé en ce que le moyen de réflexion (14) est porté par un support (16) fixé extérieurement à la paroi d'au moins l'un des canaux (6).