Brevet FR3131621A1 — publié le 20230707

Brûleur (2) à prémélange, destiné à être monté dans une chambre (3) de combustion, ledit brûleur (2) étant configuré pour être alimenté en comburant et en combustible, ce brûleur comprenant : - une virole (4) centrale annulaire, et - une virole (5) périphérique annulaire, la virole (4) centrale étant agencée dans la virole (5) périphérique de sorte à former un espace (6) annulaire entre lesdites viroles (4, 5) centrale et périphérique, le brûleur (2) comprenant au moins une injection de combustible et au moins une injection de comburant dans l’espace (6) annulaire de sorte à pré-mélanger le combustible et le comburant dans ledit espace (6) annulaire. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Installation comprenant un brûleur à prémélange Domaine technique de l'invention L’invention concerne le domaine des brûleurs agencés dans des chambres de combustion à faible émission d’oxydes d’azote. Arrière-plan technique Il existe de nombreuses applications dans lesquelles on retrouve des brûleurs associés à des chambres de combustion exiguës. C’est par exemple le cas des chaudières. Dans ces chambres de combustion où le volume est restreint, le foyer, siège de la combustion, présente des dimensions réduites et sa charge volumique est alors particulièrement élevée. Dans ces conditions difficiles, la maîtrise des émissions d’oxydes d’azote est un enjeu important. Afin de réduire les rejets d’oxydes d’azote, les constructeurs ont mis en place des systèmes de recirculation de fumées. Ces systèmes ont pour fonction de recycler une partie des fumées pour appauvrir le comburant en oxygène afin de réduire la production d’oxydes d’azote. Bien que ces systèmes aient prouvé leur efficacité, ils génèrent d’autres inconvénients. La fonction de recirculation des fumées complexifie l’architecture de ces installations. En effet, elles doivent contenir un réseau de gaines spécifiques et un dispositif de ventilation adapté. Les installations sont alors plus encombrantes et plus onéreuses à l’achat. La fonction de recirculation des fumées induit une surconsommation énergétique, car le dispositif de ventilation est énergivore et consomme de l’électricité. De plus, la réaction de combustion est affectée par les fumées recirculées, ce qui grève l’efficacité de l’installation. L’enjeu pour les utilisateurs est donc de s’affranchir de ces inconvénients en disposant d’installations dénuées de systèmes de recirculation des fumées, tout en bénéficiant de faibles émissions d’oxydes d’azote. A cet effet, il est proposé en premier lieu un brûleur à prémélange, destiné à être monté dans une chambre de combustion, ledit brûleur étant configuré pour être alimenté en comburant et en combustible, ce brûleur comprenant : - une virole centrale annulaire, et - une virole périphérique annulaire, la virole centrale étant agencée dans la virole périphérique de sorte à former un espace annulaire entre lesdites viroles centrale et périphérique, le brûleur comprenant au moins une injection de combustible et au moins une injection de comburant dans l’espace annulaire de sorte à pré-mélanger le combustible et le comburant dans ledit espace annulaire, brûleur dans lequel : - la virole périphérique comporte une deuxième portion inclinée définissant un angle α périphérique avec un axe central longitudinal dudit brûleur, et - la virole centrale comporte une première portion inclinée définissant un angle β central avec l’axe central longitudinal, l’angle β central étant compris entre 0° et α°, brûleur dans lequel la première portion inclinée et la deuxième portion inclinée définissent une zone convergente de sorte que le combustible et le comburant sont orientés en direction de l’axe central longitudinal. La demanderesse a déterminé qu’un angle α périphérique compris dans cet intervalle permet de réduire les émissions d’oxydes d’azote et ceci sans l’usage d’un système de recirculation. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : - les angles α et β sont mesurés selon le sens antihoraire ; - l’angle α périphérique est compris entre 30° et 70° ; - brûleur dans lequel : - la virole centrale comporte une première portion linéaire sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal située en amont de la première portion inclinée selon le sens de déplacement du comburant, - la virole périphérique comporte une deuxième portion linéaire sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal située en amont de la deuxième portion inclinée, ladite deuxième portion linéaire étant agencée en regard de la première portion linéaire, brûleur dans lequel, l’espace annulaire comporte une zone linéaire de prémélange délimitée transversalement par la première portion linéaire et la deuxième portion linéaire, ladite zone linéaire de prémélange ayant une longueur H linéaire mesurée selon l’axe (C) central longitudinal et un espacement e mesuré entre la première portion linéaire de la virole centrale et la deuxième portion linéaire de la virole périphérique selon une direction perpendiculaire à l’axe central longitudinal, ledit espacement e étant constant le long de la longueur H linéaire, ladite zone linéaire de prémélange étant délimitée longitudinalement par une extrémité proximale située du côté de la zone convergente et par une extrémité distale opposée à l’extrémité proximale selon l’axe central longitudinal ; - la longueur H linéaire est au minimum égale à 3e ; - celui-ci comprend un système d’injection de combustible agencé dans la zone linéaire de prémélange à une distance V d’injection combustible mesurée depuis l’extrémité distale, ladite distance V d’injection combustible étant au minimum égale à 0,5e ; - la zone linéaire de prémélange est raccordée de façon fluidique à une alimentation de comburant ; - la virole centrale comprend une première portion d’extrémité annulaire définissant un premier diamètre D1 d’extrémité et agencée en aval de la première portion inclinée selon le sens de déplacement du comburant, la virole périphérique comprend une deuxième portion d’extrémité définissant un deuxième diamètre D2 d’extrémité et agencée en aval de la deuxième portion inclinée selon le sens de déplacement du comburant, brûleur dans lequel la première portion d’extrémité et la deuxième portion d’extrémité sont sensiblement parallèles à l’axe central longitudinal du bruleur et définissent ensemble un conduit d’extrémité apte à éjecter au moins une partie du mélange de combustible et de comburant hors du brûleur selon une direction sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal ; - la première portion d’extrémité présente une première longueur L1 d’extrémité mesurée selon l’axe longitudinal, la deuxième portion d’extrémité présente une deuxième longueur L2 d’extrémité mesurée selon l’axe central longitudinal, la première longueur L1 d’extrémité étant inférieure ou égale à la deuxième longueur L2 d’extrémité. Il est proposé en deuxième lieu une installation comprenant un brûleur tel que précédemment décrit et une chambre de combustion délimitée latéralement par une paroi, cette paroi comprenant une ouverture par laquelle est apte à être inséré le brûleur dans ladite chambre de combustion, installation dans laquelle une extrémité longitudinale de la virole périphérique située dans la chambre de combustion, est agencée à une première longueur K1 d’insertion mesurée depuis l’ouverture et selon l’axe central longitudinal. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : - le brûleur comprend des dispositifs d’injection de combustible agencés dans la virole périphérique, lesdits dispositifs d’injection de combustible étant aptes à injecter du combustible par une extrémité d’injection, l’extrémité longitudinale et l’extrémité d’injection étant distantes l’une de l’autre d’une longueur N de décalage comprise entre 0 et K1 et mesurée selon l’axe central longitudinal, l’extrémité d’injection étant agencée en amont de l’extrémité longitudinale selon le sens de déplacement du comburant ; - deux dispositifs d’injection de combustible opposés par un centre du brûleur sont distants d’une distance U, ladite distance U étant comprise entre D2+D3 et une distance Df de la paroi correspondant à un diamètre équivalent de ladite paroi et D3 correspondant à un diamètre d’injection des dispositifs d’injection. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lequel : la est une vue en coupe d’une installation et d’un brûleur selon l’invention. Brûleur (2) à prémélange, destiné à être monté dans une chambre (3) de combustion, ledit brûleur (2) étant configuré pour être alimenté en comburant et en combustible, ce brûleur comprenant : - une virole (4) centrale annulaire, et - une virole (5) périphérique annulaire, la virole (4) centrale étant agencée dans la virole (5) périphérique de sorte à former un espace (6) annulaire entre lesdites viroles (4, 5) centrale et périphérique, le brûleur (2) comprenant au moins une injection de combustible et au moins une injection de comburant dans l’espace (6) annulaire de sorte à pré-mélanger le combustible et le comburant dans ledit espace (6) annulaire, brûleur (2) dans lequel : - la virole (5) périphérique comporte une deuxième portion (8) inclinée définissant un angle α périphérique avec un axe (C) central longitudinal dudit brûleur (2), et - la virole (4) centrale comporte une première portion (7) inclinée définissant un angle β central avec l’axe (C) central longitudinal, l’angle β central étant compris entre 0° et α°, brûleur (2) dans lequel la première portion (7) inclinée et la deuxième portion (8) inclinée définissent une zone (26) convergente de sorte que le combustible et le comburant sont orientés en direction de l’axe (C) central longitudinal. Brûleur (2) selon la revendication 1 dans lequel, les angles α et β sont mesurés selon le sens anti horaire. Brûleur (2) selon la revendication 1 dans lequel, l’angle α périphérique est compris entre 30° et 70°. Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel : - la virole (4) centrale comporte une première portion (9) linéaire sensiblement parallèle à l’axe (C) central longitudinal située en amont de la première portion (7) inclinée selon le sens de déplacement du comburant, - la virole (5) périphérique comporte une deuxième portion (10) linéaire sensiblement parallèle à l’axe (C) central longitudinal située en amont de la deuxième portion (8) inclinée, ladite deuxième portion (10) linéaire étant agencée en regard de la première portion (9) linéaire, brûleur (2) dans lequel, l’espace (6) annulaire comporte une zone linéaire (11) de prémélange délimitée transversalement par la première portion (9) linéaire et la deuxième portion (9) linéaire, ladite zone linéaire (11) de prémélange ayant une longueur H linéaire mesurée selon l’axe (C) central longitudinal et un espacement e mesuré entre la première portion (9) linéaire de la virole (4) centrale et la deuxième (10) portion linéaire de la virole (5) périphérique selon une direction perpendiculaire à l’axe (C) central longitudinal, ledit espacement e étant constant le long de la longueur H linéaire, ladite zone linéaire (11) de prémélange étant délimitée longitudinalement par une extrémité (12) proximale située du côté de la zone (26) convergente et par une extrémité (13) distale opposée à l’extrémité (12) proximale selon l’axe (C) central longitudinal. Brûleur (2) selon la revendication 4 dans lequel, la longueur H linéaire est au minimum égale à 3e. Brûleur (2) selon la revendication 5 dans lequel celui-ci comprend un système (14) d’injection de combustible agencé dans la zone linéaire (11) de prémélange à une distance V d’injection combustible mesurée depuis l’extrémité (13) distale, ladite distance V d’injection combustible étant au minimum égale à 0,5e. Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel, la zone linéaire (11) de prémélange est raccordée de façon fluidique à une alimentation de comburant. Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel, la virole (4) centrale comprend une première portion (15) d’extrémité annulaire définissant un premier diamètre D1 d’extrémité et agencée en aval de la première portion (7) inclinée selon le sens de déplacement du comburant, la virole (5) périphérique comprend une deuxième portion (16) d’extrémité définissant un deuxième diamètre D2 d’extrémité et agencée en aval de la deuxième portion (8) inclinée selon le sens de déplacement du comburant, brûleur (2) dans lequel la première portion (15) d’extrémité et la deuxième portion (16) d’extrémité sont sensiblement parallèles à l’axe (C) central longitudinal du bruleur (2) et définissent ensemble un conduit (17) d’extrémité apte à éjecter au moins une partie du mélange de combustible et de comburant hors du brûleur (2) selon une direction sensiblement parallèle à l’axe (C) central longitudinal. Brûleur (2) selon la revendication 8 dans lequel, la première portion (15) d’extrémité présente une première longueur L1 d’extrémité mesurée selon l’axe longitudinal, la deuxième portion (16) d’extrémité présente une deuxième longueur L2 d’extrémité mesurée selon l’axe (C) central longitudinal, la première longueur L1 d’extrémité étant inférieure ou égale à la deuxième longueur L2 d’extrémité. Installation (1) comprenant un brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 et une chambre (3) de combustion délimitée latéralement par une paroi (18), cette paroi (18) comprenant une ouverture (19) par laquelle est apte à être inséré le brûleur (2) dans ladite chambre (3) de combustion, installation (1) dans laquelle une extrémité (20) longitudinale de la virole (5) périphérique située dans la chambre (3) de combustion, est agencée à une première longueur K1 d’insertion mesurée depuis l’ouverture (19) et selon l’axe (C) central longitudinal. Installation (1) selon la revendication 10 dans laquelle, le brûleur (2) comprend des dispositifs (21) d’injection de combustible agencés dans la virole (5) périphérique, lesdits dispositif (21) d’injection de combustible étant aptes à injecter du combustible par une extrémité (22) d’injection, l’extrémité (20) longitudinale et l’extrémité (22) d’injection étant distantes l’une de l’autre d’une longueur N de décalage comprise entre 0 et K1 et mesurée selon l’axe (C) central longitudinal, l’extrémité (22) d’injection étant agencée en amont de l’extrémité (20) longitudinale selon le sens de déplacement du comburant. Installation (1) selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11 dans laquelle, deux dispositifs (21) d’injection de combustible opposés par un centre (G) du brûleur (2) sont distants d’une distance U, ladite distance U étant comprise entre D2+D3 et une distance Df de la paroi (18) correspondant à un diamètre équivalent de ladite paroi (18) et D3 correspondant à un diamètre d’injection des dispositifs d’injection.