Brevet FR2920860A1 — publié le 20090313

Support de combustion pour brûleur et brûleur pourvu d'un tel support L'invention concerne un support de combustion pour un brûleur et un brûleur pourvu d'un tel support. L'invention se rapporte au domaine des chaudières à gaz. Dans l'art antérieur, il est connu d'équiper les brûleurs de supports de combustion comprenant une plaque rigide de maintien multi-perforée supportant un tricot to métallique souple et une plaque inférieure de diffusion du gaz. Le tricot métallique est formé d'une pluralité de fines fibres métalliques réalisées dans un alliage Fer-Chrome. Toutefois, la réalisation de ce type de support de combustion est relativement 15 complexe et onéreuse. En effet, la fabrication des fibres métalliques puis le tissage desdites fibres nécessitent un savoir faire spécifique et la mise en oeuvre de technologies complexes. En outre, le tricot métallique étant souple, le support de combustion selon 20 l'invention doit nécessairement comporter une plaque de maintien dudit tricot, ce qui complexifie encore la fabrication et augmente le coût des supports. Par ailleurs, le tricot métallique est relativement fragile et les risque de dégradations mécaniques du support sont importants lors des opérations de 25 montage et de maintenance du support. De plus, les performances environnementales de ces supports de combustion ne sont pas pleinement satisfaisantes. 3o En effet, lorsque le brûleur fonctionne avec un débit de mélange air/gaz faible, les émissions de monoxyde de carbone sont relativement importantes. Ainsi, les brûleurs de l'art antérieur ne sont généralement pas utilisés en dessous d'un seuil de débit, ce qui conduit à une augmentation du nombre de cycles d'allumage/d'extinction du brûleur lorsque le brûleur doit fournir une puissance faible. Or, les périodes d'allumage et d'extinction sont toujours bruyantes et polluantes à cause des phases transitoires. En outre, les rendements des brûleurs équipés des supports de combustion selon l'art antérieur ne sont pas optimisés. En effet, le rendement des brûleurs est généralement plus important lorsque le brûleur fonctionne à faible débit. Or, les fortes émissions de monoxyde de carbone lorsque les débits de gaz sont faibles excluent le fonctionnement de ces brûleurs à de tels débits. I0 En outre, la diminution des émissions de monoxyde de carbone autorise la diminution de l'excès d'air dans le mélange air/gaz, ce qui conduit à une augmentation du rendement. 15 L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un support de combustion à grille rigide à faible courbure de fabrication simple et peu onéreuse, robuste, permettant de limiter les émissions de monoxyde de carbone, la pollution sonore et permettant d'augmenter le rendement du brûleur. 20 A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un support de combustion pour brûleur comprenant une pluralité de fils métalliques tissés afin de former une grille rigide présentant des mailles agencées pour permettre le passage d'un gaz comburant au travers dudit support, ladite grille présentant une surface pseudo plane, allant de plane à courbée centrée définissant une flèche et 25 une corde avec une courbure moyenne limitée par une flèche F inférieure à 20 % de la corde C. Ainsi, la fabrication du support est simple et peu onéreuse car la fabrication de la grille rigide en fils métalliques est aisée. De plus, la rigidité de la grille permet, d'une part, de renforcer le support de combustion et de diminuer ainsi les risques de dégradation du support lors des 30 manipulations de ce dernier et, d'autre part, de simplifier la fabrication et le coût du support en supprimant la plaque de maintien. En outre, l'utilisation d'un support de combustion selon l'invention permet de s réduire les émissions de monoxyde de carbone tout en limitant les émissions d'oxydes d'azote. Ainsi, les brûleurs peuvent fonctionner à de faibles débits de mélange air/gaz sans augmenter les émissions de monoxyde de carbone. Par conséquent, les ro possibilités de modulation sont plus étendues et les consommations énergétiques sont réduites en faisant fonctionner les échangeurs de chaleurs dans des conditions optimales. De plus, le nombre de cycles d'allumage/extinction est réduit. rs Par ailleurs, on observe une amélioration du rendement, une diminution sensible du bruit et une stabilité de combustion accrue par rapport aux brûleurs de l'art antérieur. Avantageusement, ladite surface de la grille présente des ondulations 20 concentriques. Ainsi, lesdites ondulations confèrent une bonne rigidité à la grille et permettent une expansion uniforme de la grille sous l'effet de la dilatation thermique. 25 Dans un mode de réalisation, le rayon de courbure des ondulations est compris entre 2 et 8 % de la corde. Avantageusement, la surface de la grille s'inscrit dans un volume compris entre deux calottes sphériques concentriques présentant respectivement un rayon de 3o courbure de 150 et de 200 % de la corde. Ainsi, la surface de la grille est légèrement bombée pour amortir les dilatations et augmenter le rayonnement. 15 20 Dans un mode de réalisation préférée, les mailles sont des mailles � triangulaires � car ce type de maille permet d'imposer un écoulement au mélange air/gaz de nature à diminuer les émission de monoxyde de carbone. La grille comprend une pluralité de fils de trames rectilignes parallèles et une pluralité de fils de chaînes passant alternativement au-dessus puis au-dessous des fils de chaînes, les fils de chaîne jointifs étant disposés de façon alternée. io Avantageusement, le diamètre des fils de trames est compris entre 0,6 et 1 mm et supérieur au diamètre des fils de chaîne qui est compris entre 0,3 et 0,7 mm. Dans un mode de réalisation, le pas des mailles est compris entre 0,2 et 0,7 mm, de préférence entre 0,3 et 0,5 mm. Avantageusement, les fils métalliques sont en acier réfractaire. Avantageusement, le support de combustion comporte un anneau de fixation, ladite grille étant solidarisée concentriquement audit anneau. De préférence, le support de combustion comporte en outre une plaque de diffusion agencée concentriquement au dessous de ladite grille. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un brûleur comprenant un support 25 de combustion selon le premier aspect de l'invention. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 3o - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une chaudière équipée d'un support de combustion selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique de dessus d'un support de combustion selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 3 est une vue schématique de dessous du support de combustion de 5 lafigure2; - la figure 4 est une vue détaillée des mailles � carrées � de la grille rigide selon un premier mode de réalisation ; ~o les figures 5 et 6 sont des vues détaillées, respectivement en coupe et vue de dessus, des mailles � triangulaires � de la grille rigide selon un second mode de réalisation ; - la figure 7 est un graphique représentant les émissions de CO en fonction du 15 débit de gaz pour un support de combustion selon l'art antérieur et un support de combustion selon l'invention ; la figure 8 est graphique représentant les émissions de NOX en fonction du débit de gaz pour un support de combustion selon l'art antérieur et un support 20 de combustion selon l'invention ; la figure 9 est une vue en coupe de la grille rigide selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; 25 - la figure 10 est une vue de dessus de la grille rigide de la figure 9 ; la figure 11 est une vue schématique en perspective d'un anneau de fixation du support de combustion ; 3o - la figure 12 est une vue en coupe de l'anneau de la figure 11 ; la figure 13 est une vue de dessus d'une plaque de diffusion ; et la figure 14 est une vue détaillée de la plaque de diffusion. Dans la présente description, les termes � supérieures � et � inférieures � se réfèrent à un support 1 de combustion, s'étendant sensiblement horizontalement, 5 en position dans le brûleur. En outre, on entend par pseudo plane, une surface composée de points dont la différence de côte entre le point extrême supérieure et le point extrême inférieure définissent une flèche F représentant moins de 20 % de la plus grande dimension io de la surface formant une corde C. On entend par plus grande dimension de la grille 4, le diamètre de celle-ci, lorsque la grille 4 est circulaire et la plus grande diagonale de la grille 4 lorsque celle-ci présente une forme parallélépipédique. 15 La chaudière 9, représentée sur la figure 1, comprend un corps de chauffe 10 contenant un fluide caloporteur 11 et traversé par des tubulures 12 de passage de l'air chauffé. Dans le mode de réalisation représenté, des turbulateurs 13 sont insérés dans lesdites tubulures 12 pour accroître la turbulence et augmenter 20 l'efficacité des échanges. La chaudière 9 comprend un support de combustion 1 disposé entre l'arrivé 14 du mélange air/gaz comburant expulsée par un ventilateur, non représenté, et le corps de chauffe 10. Une électrode de démarrage 15 et un détecteur de flamme 25 16 sont disposés à proximité de la surface supérieure du support 1 de combustion. Le support de combustion 1, représenté sur la figure 1, est un support selon l'art antérieur. Celui-ci est composé d'une grille de diffusion du gaz 18, d'un tricot souple métallique 17 composé de fibres métalliques en alliage fer/chrome et d'un 30 grille de maintien 19 dudit tricot 18. Ces trois éléments 17, 18, 19 sont maintenus solidaires au moyen d'une bride de serrage 20. Le support de combustion 1, en position d'utilisation, repose sur un épaulement 21 du brûleur. Le support de combustion 1, selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 2 et 3, comprend une grille rigide 4, un anneau de fixation 7 et une plaque de diffusion 8, également appelée grille anti-bruit. La grille rigide 4 est composée d'une pluralité de fils métalliques 2, 3 tissés et présente des mailles 6 qui permettent un écoulement laminaire du mélange air/gaz au travers dudit support. Les fils métalliques 2, 3 sont par exemples des fils d'acier inoxydable ou d'acier réfractaire. Dans un mode de réalisation représenté sur la figure 4, les mailles de la grille 4 sont des mailles � carré �. La grille 4 est alors composée d'une pluralité de fils de trame 2 rectilignes parallèles et d'une pluralité de fils de chaînes 3 passant alternativement au-dessus puis au-dessous des fils de trame 2. Un intervalle carré est laissé libre entre les fils 2, 3. Pour ce mode de réalisation, le pas 22 de la maille 6, c'est-à-dire le côté de l'intervalle carré, est compris entre 0,2 et 0,6 mm alors que le diamètre des fils 2, 3 est compris entre 0, 10 et 0,50 mm. Dans un autre mode de réalisation représenté sur les figures 5 et 6, les mailles 6 de la grille 4 sont des mailles � triangulaires �. Ce mode de réalisation sera préféré au mode réalisation à mailles � carrées � car, comme mentionné précédemment, ce mode permet d'imposer au mélange air/gaz un écoulement permettant de diminuer les émission de monoxyde de carbone. La grille 4 à mailles � triangulaires � comprend une pluralité de fils de trames 2 rectilignes parallèles et une pluralité de fils de chaîne 3 jointifs, s'étendant selon une direction sensiblement perpendiculaire aux fils de trame 2, et passant alternativement au-dessus puis au-dessous des fils de trame 2. Les fils de chaîne 3 sont disposés de façon alternée, c'est-à-dire que lorsqu'un fil de chaîne 3 passe au-dessus d'un fil de trame 2, le(s) fil(s) de chaîne 3 jointif(s) et adjacent(s) audit fil passe(nt) au-dessous dudit fil de trame 2. 3o On notera que dans ce mode de réalisation, les fils de chaîne 3 sont jointifs et serrés. Ainsi, les filets du mélange air/gaz traversant la grille 1 ne peuvent traverser celle-ci sans rencontrer un obstacle. Par conséquent, les filets de mélange air/gaz ne sont pas rectilignes, ce qui permet d'obtenir une zone de post-combustion proche du support 4. De préférence, le diamètre des fils de trame 2 est légèrement supérieur au diamètre des fils de chaîne 3 afin de renforcer la grille 4. Le diamètre des fils de io trame 2 est, par exemple, compris entre 0,6 et 1 mm alors que le diamètre des fils de chaîne 3 est compris entre 0,3 et 0,7 mm. Afin d'obtenir un écoulement adéquat du mélange air/gaz au travers de la grille, le pas des mailles 6 est compris entre 0,2 et 0,7 mm, de préférence entre 0,3 et 0,5 15 mm. Selon un premier mode de réalisation, la grille à mailles � triangulaires � est composée de fils de trame 2 présentant un diamètre de 0,9 mm et de fils de chaîne 3 présentant un diamètre de 0,63 mm, le pas des mailles 6 obtenues étant 20 de 0,5 mm. Selon un seconde mode de réalisation, la grille à mailles 6 � triangulaires � est composée de fils de trame 2 présentant un diamètre de 0,63 mm et de fils de chaîne 3 présentant un diamètre de 0,4 mm, le pas des mailles 6 obtenues étant 25 de 0,3 mm. La grille 4, illustrée de façon détaillée sur les figures 9 et 10, possède une surface présentant des ondulations 5, 6 concentriques, ajustées sur le centre de la grille 4. Les ondulations 5, 6 permettent la dilatation de la grille 4 lorsque celle-ci est 30 soumise à des fortes températures et le retour à la forme initiale de la grille 4 lorsqu'elle revient à température ambiante. Ainsi, les déformations de la grille au cours du temps sont limitées. On notera qu'il est très important que la grille 4 conserve sa forme initiale au cours de son utilisation car une déformation importante de celle-ci affecterait gravement le fonctionnement et/ou la sécurité du brûleur en modifiant les distances entre le support de combustion 4 et l'électrode de démarrage 15 et/ou le détecteur de flamme 16. Les ondulations 5, 6 sont sensiblement sinusoïdales et composées d'une suite de colliers concaves 6 et de colliers convexes 5. Le rayon de courbure des ondulations est compris entre 2 et 6 % de la corde C. Io Le rayon de courbure de colliers concaves 6 est légèrement supérieur au rayon de courbure des colliers convexes 5. Sur la figure 9, le rayon de courbure des quatre colliers concaves 6 est de 10 mm alors que le rayon de courbure des colliers convexes 5 est de 8 mm. La surface de la zone centrale 22 de la grille 4 est 15 sensiblement plane. Les ondulations 5, 6 sont obtenues par une opération d'emboutissage de la grille 4. 20 De préférence, la surface de la grille 4 s'inscrit dans un volume compris entre deux calottes sphériques présentant respectivement un rayon de courbure de 358 mm et de 365 mm. La grille 4 est donc légèrement bombée afin d'augmenter le rayonnement et d'améliorer sa rigidité. 25 On notera toutefois qu'avantageusement, la surface de la grille 4 doit être pseudoplane. En effet, le rayon de courbure de la surface de la grille 4 ne doit pas être trop faible afin de maintenir une distance suffisamment faible entre la grille rigide 4 et la plaque de diffusion 8 pour ne pas nuire au bon fonctionnement du brûleur et augmenter son niveau sonore. 3o La figure 11 représente un anneau de fixation 7 du support de combustion 1. L'anneau 7 comprend une bordure extérieure 23 destinée à venir reposer sur un épaulement 21 du foyer de la chaudière, un épaulement supérieur 24 sur lequel 20 est plaqué la grille rigide 4 et un épaulement inférieur 25 destiné à recevoir la plaque de diffusion 8. L'anneau de fixation 7 peut également être réalisé par emboutissage. La grille rigide 4 et la plaque de diffusion 8 sont solidarisées audit anneau selon une méthode de soudure par points 26 repartis sur tout le tour de l'anneau 7. La plaque de diffusion 8, représentée sur les figures 13 et 14, est agencée concentriquement au-dessous de la grille 4. Avantageusement, la distance entre to la plaque de diffusion 8 et la grille rigide 4 est inférieure à 1,5 cm. La plaque de diffusion 8 est rigide et comporte un réseau d'Orifices oblongs 27 permettant le passage du mélange gaz/air comburant au tra',ers du support de combustion 1. La plaque de diffusion 8 a principalement pour fonction de rs d'améliorer la répartition de flamme sur le brûleur. Différents tests ont. été conduits avec un support de combustion 1 dont la grille rigide 4 présente des mailles 6 � triangulaires � et des, ondulations 5, 6 concentriques. Sur la figure 7, la courbe 28 représente les émissions de monoxyde de carbone en fonction du débit de mélange air/gaz pour un brûleur équipé d'un support de combustion selon l'art antérieur alors que la courbe 29 représente les émissions pour un brûleur équipé du support 1 selon l'invention. 25 On remarque que pour des faibles débits, les performances du support de combustion 1 selon l'invention sont considérablement meilleures. Ainsi, la plage de fonctionnement du brûleur est plus large, ce qui permet une régulation plus précise de la température du fluide dans la chaudière 9 et une baisse de la 3o consommation énergétique. En effet, avec un brûleur standard, le fonctionnement à moins de 25 % de la marche nominale devient hasardeux et fortement émetteur de polluant. Avec le 20 brûleur selon l'invention, il est possible de travailler à 15 % de l'allure nominale voire moins. Par ailleurs, sur la figure 8, on remarque que l'émission d'oxydes d'azote pour un 5 brûleur équipé d'un support selon l'invention (courbe 31) est sensiblement similaire aux émissions d'un brûleur selon l'art antérieur (courbe 30). Ainsi, le support de combustion 1 à mailles 6 triangulaires, selon l'invention aboutit à un très bon compromis entre les émissions de CO et celles de NOx. 10 En outre, comme D'amélioration du rendement de la chaudière 9 passe essentiellement par la réduction de l'excès d'air, le rendement d'une chaudière 9 équipée d'un support de combustion 1 selon l'invention peut être augmenté. En effet, comme les émissions de CO sont diminuées, l'excès d'air dans le mélange 15 air/gaz alimentant le brûleur peut être diminué. Le tableau suivant représente le rendement d'un brûleur standard et d'un brûleur conforme à l'invention pour différentes allures. Puissance/allure Rendement du brûleur Rendement du brûleur de nominale (%) standard (% sur Pci) l'invention (% sur Pci) (CO2 = 8,4 %) (CO2 = 9,2 %) 100 97,2 98,0 30 104,9 107,6 15 X 109,1 Par ailleurs, après un temps de fonctionnement prolongé, le support de combustion 1 conserve son intégrité et les émissions de polluants ne sont pas sensiblement modifiées. 25 En outre, le nouveau brûleur a un fonctionnement conforme aux exigences en matière d'allumage, d'inter allumage et de stabilité à la flamme quel que soit le gaz d'essai employé. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. II est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention.5 REVENDICATIONS 1. Support de combustion pour brûleur comprenant une pluralité de fils métalliques (2, 3) tissés afin de former une grille (4) rigide présentant des mailles agencées pour permettre le passage d'un gaz comburant au travers dudit support (1), ledit support (1) étant caractérisé en ce que ladite grille (4) présente une surface pseudo plane, allant de plane à courbée centrée définissant une flèche F et une corde C avec une courbure moyenne limitée par une flèche F inférieure à 20 % de la corde C. Io 2. Support de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface de la grille (4) présente des ondulations (5, 6) concentriques. 3. Support de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que le u rayon de courbure des ondulations (5, 6) est compris entre 2 et 8% de la corde C. 4. Support de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface de la grille (4) s'inscrit dans un volume 20 compris entre deux calottes sphériques concentriques présentant respectivement un rayon de courbure de 150 et de 200 % de la corde C. 5. Support de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les mailles (6) sont des mailles triangulaires. 25 6. Support de combustion selon la revendication 5, caractérisé en ce que la grille comprend une pluralité de fils de trames (2) rectilignes parallèles et une pluralité de fils de chaînes (3) passant alternativement au-dessus puis au-dessous des fils de trames (2), les fils de chaîne (2) jointifs étant disposés de 3o façon alternée. 7. Support de combustion selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre des fils de trames (2) est compris entre 0,6 et 1 mm et supérieur au diamètre des fils de chaîne (3) qui est compris entre 0,3 et 0,7 mm. 8. Support de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le pas des mailles (6) est compris entre 0,2 et 0,7 mm, de préférence entre 0,3 et 0,5 mm. 9. Support de combustion selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce lo que le surface de la grille (4) est circulaire. 10. Support de combustion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les fils métalliques (2, 3) sont en acier réfractaire. 15 11. Support de combustion selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau de fixation (7), ladite grille (4) étant solidarisée concentriquement audit anneau (7). 12. Support de combustion selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il 20 comporte en outre une plaque de diffusion (8) agencée concentriquement au dessous de ladite grille (4). 13. Brûleur caractérisé en ce qu'il comprend un support (1) de combustion selon l'une des revendications 1 à 12.