Brevet FR2814795A1 — publié le 20020405

-1 - "Brûleur à gaz et appareil de cuisson utilisant un tel brûleur" DESCRIPTION La présente invention concerne un brûleur à gaz. Elle vise également un appareil de cuisson, telle qu'une cuisinière ou un plan de cuisson encastrable, utilisant ce brûleur à gaz. Un carburant, par exemple un gaz, qui est injecté dans un brûleur pénètre dans une première zone ou il est mélangé avec un premier volume de comburant, par exemple de l'air, afin de former un mélange dit "primaire" dont la richesse en excède les conditions stoechidmétriques. Ce mélange est ensuite conduit dans un système convergeant/divergeant, qui peut notamment être un venturi horizontal, un venturi radial ou un venturi vertical, et que nous nommerons par la suite "venturi". À la sortie du venturi le mélange primaire pénètre dans une chambre de recompression ceinte par une paroi périphérique de forme générale circulaire. Des orifices traversent cette paroi périphérique, orifices au travers desquels le mélange primaire est éjecté dans le milieu ambiant. Le mélange primaire est alors à nouveau dilué dans un comburant, par exemple l'air ambiant, pour atteindre sensiblement les conditions stoechiométriques, c'est à dire former un mélange combustible. Lorsque le mélange combustible est enflammé, c'est à proximité de la sortie des orifices d'éjection que se forment les flammes. Ces brûleurs connus ont l'inconvénient d'avoir radialement à l'intérieur de la couronne de flammes une zone centrale sensiblement dénuée d'échange thermique. Cette disposition peut être un inconvénient majeur lorsque l'on souhaite cuire uniformément un aliment dans une poêle par exemple. Deux solutions ont principalement été adoptées par l'art antérieur pour optimiser la surface d'échange thermique, donc la répartition de la chaleur au fond du récipient. -2- Une première solution est d'ajouter au moins une paroi périphérique concentrique à la première paroi périphérique et située dans la zone centrale. Cependant cette technologie est chère et plus adaptée aux grandes cuisines industrielles ou de restaurant. En effet, cela revient à doubler pratiquement l'ensemble des équipements du brûleur, et à assister la combustion du mélange primaire sortant d'une paroi périphérique intérieure, ce mélange ne pouvant se diluer dans l'air ambiant, peu abondant dans la zone centrale. Une deuxième solution consiste, tout en conservant la forme généralement circulaire du' brûleur, à donner à la paroi périphérique une forme telle que certaines de ses parties s'étendent sensiblement radialement du centre du brûleur vers sa périphérie. C'est la solution présentée dans les documents NL31636, US2257399 et US2320754. Ces documents sont déjà anciens et datent respectivement de 1933, 1938 et 1938. Les solutions qu'ils divulguent sont adaptées au gaz de ville, c'est-à-dire à du gaz manufacturé en usine et principalement utilisé jusqu'au milieu du XXe siècle. Ce gaz de ville est essentiellement du méthane ou de l'hydrogène, c'est-à-dire un gaz nécessitant un faible apport d'air pour atteindre les conditions stoechiométriques. Ces technologies ont été abandonnées avec l'utilisation de gaz plus riches tels le propane et le butane. Ces derniers, au pouvoir calorifique plus important, sont aussi constitués de chaînes carbonées plus longues dont la combustion nécessite un apport d'air plus important. Pour les formes de parois périphériques présentées dans les documents cités, il y a peu d'espace disponible pour chaque flamme et certaines de celles-ci se mélangent, ce qui est péjorant pour la combustion. Outre la richesse des gaz utilisés, les normes et les exigences de la clientèle accroissent les difficultés rencontrées. En effet, les normes imposent des taux de combustion toujours plus élevés. Par ailleurs, la clientèle -3- recherche des plans de cuisson o l'aspect technique s'efface derrière l'aspect esthétique. Par exemple, des brûleurs de faible hauteur apparente et une distance réduite entre le fond d'un récipient et le dessus du plan de cuisson. Ainsi, la combustion doit toujours être améliorée alors que le volume disponible pour la dilution du mélange primaire avec l'air ambiant est toujours plus réduit. Le but de l'invention est donc de proposer un brûleur susceptible d'augmenter significativement la surface d'échange thermique, répondant aux exigences des normes en vigueur, et à la recherche de I'a clientèle actuelle. La principale condition pour cela est que les flammes ne se mélangent pas entre elles, c'est-à-dire que le mélange primaire sortant d'un orifice de la paroi périphérique dispose d'un espace suffisant pour se diluer dans une quantité suffisante d'air ambiant. Les définitions suivantes seront employées dans ce document. Un axe d'éjection est un axe représentant aux figures en deux dimensions des planches jointes, un plan longitudinal et sensiblement médian aux orifices d'éjection. Un axe d'éjection est orienté et il a pour origine la sortie d'un orifice d'éjection et s'étend vers l'extérieur du brûleur. Dans le cas de deux orifices d'éjection convergents, la distance de convergence d'un orifice est la distance séparant l'origine de l'axe d'éjection de cet orifice avec le point d'intersection des axes d'éjection des deux orifices, par exemple voisins. Selon l'invention, un brûleur non circulaire répondant aux exigences déjà citées est principalement caractérisé en ce que les orifices de la paroi périphérique sont agencés pour que l'axe d'éjection d'un quelconque premier orifice diverge de l'axe d'éjection d'un second orifice le plus proche du premier orifice. Cette définition n'exclut pas qu'un autre orifice voisin du premier orifice converge avec -4- le premier orifice, mais alors, la distance de convergence doit garantir une diffusion suffisante. Selon une autre particularité préférentielle de l'invention, aucun axe d'éjection n'est orienté vers une partie de la paroi périphérique, partie qui pourrait limiter l'espace disponible. Pour optimiser la surface d'échange thermique la paroi périphérique peut en outre être partiellement concave. Un brûleur selon l'invention est particulièrement destiné à un usage domestique. Il est donc avantageux qu'il puisse être aisément nettoyé. A cette fin, la paroi périphérique peut être agencée pour pouvoir être atteinte en tout lieu de sa périphérie par au moins un doigt d'une main. D'autre part, pour limiter un phénomène de catalyse susceptible de dégrader l'émail d'une grille destinée à maintenir un récipient au-dessus du brûleur, ladite paroi périphérique peut comprendre des segments neutralisés dans ses parties proches de la grille. Cependant, le mélange primaire éjecté au travers d'un des orifices ne se mélangeant pas ou peu avec celui éjecté au travers d'un orifice voisin, il peut être utile pour un allumage rapide du brûleur, de prévoir que l'un au moins parmi les orifices d'éjection soit relié à au moins un orifice d'éjection voisin par un canal de flamme. Un canal de flamme peut par exemple relier deux orifices voisins séparés par un segment neutralisé. Il est avantageux que les segments neutralisés correspondent chacun à une partie d'une zone concave. Une autre partie de la zone concave peut présenter des orifices. On combine ainsi ingénieusement le souhait d'avoir des flammes dans les zones proches de l'axe du brûleur, mais que ces flammes n'interfèrent pas entre elles, et le souhait de ménager des zones sans flammes pour préserver la grille. -5- Pour encore améliorer la combustion, il est avantageux de prolonger le venturi au-delà d'au moins un segment concave de ladite paroi périphérique. Un brûleur selon l'invention peut être un brûleur tous gaz, c'est-à-dire brûlant aussi bien les gaz riches, tels le propane ou le butane, que des gaz pauvres tels le méthane. Il peut aussi être conçu pour obtenir l'effet de convection en spirale divulgué par le document WO96/01572, grâce à un même sens d'inclinaison des axes d'éjection par rapport à la zone de la paroi périphérique dont ils sont respectivement issus. L'invention vise aussi un appâreil de cuisson utilisant un brûleur ayant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Sur un tel appareil utilisant N brûleurs, N étant un nombre entier, lesdits N brûleurs peuvent être disposés selon une ligne qui n'est pas obligatoirement rectiligne, sur un plan de travail de l'appareil de cuisson de telle sorte que la forme générale de la paroi périphérique de l'un au moins des N brûleurs est l'image, par une homothétie et une rotation de 360 /N/n, de la forme générale de la paroi périphérique de l'un au moins parmi ses voisins sur ladite ligne, n étant un nombre entier non nul. Cette disposition peut notamment permettre d'améliorer la diffusion des gaz chauds issus de la combustion du mélange combustible. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non limitatifs. Aux dessins annexés: - la figure 1 représente une vue de dessus schématique d'un premier type possible de brûleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue selon F, partielle et en perspective, du brûleur de la figure 1; - la figure 3 est une coupe schématique et partielle d'un brûleur possible selon l'invention, qui peut être une coupe selon E-E du brûleur de la figure 1; -6- - la figure 4 est une représentation de deux orifices convergents; - la figure 5 représente une disposition possible sur un plan de cuisson d'un deuxième type possible de brûleurs selon l'invention; - la figure 6 représente un troisième type possible de brûleurs selon l'invention; - la figure 7 représente une variante possible du premier type de brûleurs représenté à la figure 1. Le brûleur à gaz 1 comprend un injecteur de gaz 5, une chambre de mélange 2, une chambre de convergence 3 formée verticalement dans un corps 4 du brûleur, une chambre de divergence 6 qui s'étend radialement entre le corps et un couvercle 7, puis une chambre de recompression 8 ceinte par une paroi périphérique 9. La paroi périphérique est percée d'orifices d'éjection 11, ici réalisés sous forme de créneaux ménagés dans la partie supérieure de la paroi périphérique. Le couvercle 7 délimite supérieurement ces orifices, qui sont reliés entre eux par des canaux de flammes 12 ménagés entre le bord supérieur de la paroi périphérique et le couvercle. Un venturi (3,6) est formé par l'association des chambres de convergence 3 et de divergence 6. Le gaz amené par l'injecteur 5 est propulsé à l'intérieur de la chambre de mélange 2 selon la direction G o il commence à se mélanger avec l'air, dit "primaire", venant selon la direction H. Le mélange primaire ainsi obtenu passe au travers du venturi pour être recomprimé dans la chambre 8. La majeure partie du mélange primaire est alors éjectée au travers des orifices d'éjection 11, l'autre partie est éjectée au travers des canaux 12. Un récipient 14 peut être posé au-dessus du brûleur sur une grille 15, grille dont seules les extrémités 16 sont représentées. Le récipient 14 est symbolisé en traits pointillés à la figure 5. -7- Afin d'augmenter sensiblement la surface du contact entre les flammes 13 et le fond du récipient, donc la surface d'échange thermique, on donne à la paroi périphérique la forme d'une couronne non-circulaire. Ainsi, le périmètre défini par la paroi périphérique est relativement grand par rapport au diamètre minimum du récipient 14 que ce brûileur peut chauffer efficacement. Suivant l'invention, l'axe d'éjection Xc d'un premier orifice lic diverge de l'axe d'éjection Xd d'un second orifice lld le plus proche du premier orifice Xc en formant un angle V. Ainsi, les flammes voisines divergent les unes par rapport aux autres, et chaque flamme dispose d'un volume suffisant malgré la longueur de la paroi périphérique qui est relativement grande par rapport au diamètre du cercle circonscrit 21. Dans l'exemple des figures 1, 6 et 7, la paroi périphérique 9 est formée de quatre lobes 17 séparés par des segments concaves 18. Dans l'exemple de la figure 5 la paroi périphérique ne comporte qu'un seul segment concave. Afin d'améliorer la combustion, le venturi du brûleur de la figure 1 est prolongé au-delà des segments concaves de la paroi périphérique, contrairement aux brûleurs des figures 5 à 7. Pour protéger la grille des effets de la combustion, par exemple des risques de catalyse d'un revêtement émaillé de cette grille, des segments neutralisés 20 ne comportant pas d'orifice d'éjection, sont ménagés le long de la paroi périphérique à proximité de la grille. Les segments neutralisés 20 occupent une partie des zones concaves 18 là o un nombre excessif d'orifices pourrait aboutir à des interférences entre les flammes. Ces segments neutralisés sont délimités par une paire d'orifices lla,llb qui ne sont pas voisins au sens de l'invention. Les axes d'éjection Xa, Xb de ces orifices peuvent être légèrement convergents. -8- Les orifices d'éjection du brûleur de la figure 7 sont disposés pour que leur axe d'éjection X forme, au point de sortie de chacun des orifices, un angle W inférieur à 90 avec la tangente T à la paroi périphérique. Comme d'autres brûleurs de l'art antérieur, les brûleurs selon l'invention peuvent être de plusieurs dimensions et de formes sensiblement homothétiques. Chaque dimension correspond à une puissance donnée, un brûleur auxiliaire la est de faible puissance, un brûleur semi- rapide lb est de puissance moyenne, un brûleur rapide lc est de forte puissance. Les brûleurs la,lb,lc représentés à la figure 5 sont intégrés à un plan de travail 19, qui peut être encastrable ou partie d'un appareil de cuisson. Ils sont disposés de telle façon que l'on passe de l'un à son voisin en outre par une rotation d'angle R = 900. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. En particulier, les équipements du brûleur, tels les chambres de mélange de recompression o le venturi, peuvent être différents ou disposés différemment; le venturi peut, par exemple, comprendre une chambre de divergence verticale au lieu de radiale. Les orifices d'éjection peuvent former des créneaux en partie basse de la paroi périphérique ou être percés sur le flanc de celui-ci. L'axe d'éjection peut lui-même ne pas être dans un plan horizontal. La paroi périphérique peut ne pas comporter de segment concave, par exemple s'il a la forme générale d'un carré. L'angle des orifices d'éjection avec la tangente à la paroi périphérique peut être variable le long de la paroi périphérique. Le brûleur selon l'invention peut bien entendu comporter des accessoires non représentées tels qu'un dispositif d'allumage automatique ou un thermocouple pour vérifier que le mélange primaire est effectivement en cours de combustion. -9- Revendications 1 - Brûleur comprenant une paroi périphérique (9) non circulaire traversée par des orifices (11) pour éjecter un mélange gazeux primaire suivant un axe d'éjection (X,Xa,Xb,Xc,Xd) associé à chaque orifice (1l, lla,llb,llc,lld), caractérisé en ce que lesdits orifices (11) sont agencés pour que l'axe d'éjection (Xc) d'un quelconque premier orifice (11c) diverge de l'axe d'éjection (Xd) d'un second orifice (11d) le plus proche du premier orifice (11c). 2 - Brûleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi périphérique (9) comprend des segments neutralisés (20). 3 - Brûleur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les orifices (X) comprennent au moins une paire d'orifices d'éjection (Xa,Xb) successifs légèrement convergents séparés par un segment neutralisé (20). 4 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la paroi périphérique (9) est partiellement concave. - Brûleur selon la revendication 4 caractérisé en ce que certains au moins des segments neutralisés (20) occupent une partie concave (18) de la paroi périphérique (9). 6 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'aucun axe d'éjection (X) n'est orienté vers la paroi périphérique (9). -10- 7 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la paroi périphérique (9) est agencée pour pouvoir être atteinte en tout lieu de sa périphérie par au moins un doigt d'une main, en particulier pour le nettoyage. 8 - Brûfileur selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'au moins un parmi les orifices d'éjection (11) est relié à au moins un orifice d'éjection (11) voisin par un canal de flammes (12). 9 - Brûleur selon l'une des revendications 4 à 8 comprenant en outre un venturi (3,6) conduisant le mélange primaire dans une chambre de recompression (8) ceinte par la paroi périphérique (9), caractérisé en ce que ledit venturi (3,6) est prolongé au-delà d'au moins un segment concave (18) de ladite paroi périphérique (9). 10 - Brûfileur selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les axes d'éjection (X) sont inclinés dans un même sens par rapport à la zone de la paroi périphérique dont ils sont respectivement issus. 11 - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il est tous gaz. 12 - Appareil de cuisson utilisant au moins un brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13 - Appareil de cuisson selon la revendication 12, caractérisé en ce que les brûileurs selon l'invention sont agencés dans des orientations différentes les unes des autres autour de leur axe vertical respectif.