CA3223831A1 - Flame-proof and explosion-proof surface combustion gas burner - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un brûleur à gaz à combustion de surface (1) antidéflagrant et antidétonant. Ce brûleur est remarquable en ce qu'il comprend un corps de brûleur (2), percé d'une série d'orifices (21) dont chacun se prolonge par un rebord (22), ces orifices (21) étant disposés selon plusieurs rangées (24) d'orifices (21) alignés et un distributeur de gaz (5) qui comprend un corps de distributeur (50) muni d'une pluralité de branches longitudinales (52) de distribution de gaz, chaque branche (52) étant percée par un alignement d'orifices bordés par un rebord (59) et en ce que le corps de distributeur (50) est disposé dans le corps de brûleur (2) afin que chaque orifice du corps de distributeur (50) soit coaxial avec un orifice (21) du corps de brûleur (2), de sorte que lorsque le corps de brûleur (2) est raccordé à une source d'alimentation en air et le corps de distributeur (50) à une source d'alimentation en gaz, l'air et le gaz se mélangent uniquement au niveau des rebords (22) du corps de brûleur (2).The present invention relates to an explosion-proof and anti-knock surface combustion gas burner (1). This burner is remarkable in that it comprises a burner body (2), pierced with a series of orifices (21) each of which is extended by a rim (22), these orifices (21) being arranged in several rows (24) of aligned orifices (21) and a gas distributor (5) which comprises a distributor body (50) provided with a plurality of longitudinal gas distribution branches (52), each branch (52) being pierced by an alignment of orifices bordered by a rim (59) and in that the distributor body (50) is arranged in the burner body (2) so that each orifice of the distributor body (50) is coaxial with an orifice (21) of the burner body (2), so that when the burner body (2) is connected to an air supply source and the distributor body (50) to a gas supply source, the Air and gas mix only at the edges (22) of the burner body (2).
Description
DESCRIPTION
TITRE : Brûleur à gaz à combustion de surface antidéflagrant et antidétonant.
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un brûleur à gaz à combustion de surface, notamment un brûleur à hydrogène. Un tel brûleur est notamment destiné à être utilisé dans les appareils de chauffage domestiques ou industriels, pour réchauffer un fluide circulant dans un échangeur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Deux générations de brûleur à gaz se sont principalement succédées, à savoir les brûleurs atmosphériques et les brûleurs à air soufflé.
Dans les brûleurs atmosphériques, le gaz sous pression est émis à travers un gicleur et entraîne un débit d'air via un dispositif convergent/divergent. Un tel brûleur présente l'inconvénient d'émettre des rejets polluants dans l'atmosphère.
Parmi les brûleurs à air soufflé, les brûleurs à prénnélange air/gaz ou brûleurs prénnix , permettent une parfaite maîtrise du prénnélange de gaz et d'air (voir par exemple le brûleur décrit dans le document W02014006103). Les rejets polluants sont ainsi considérablement réduits.
Cependant, dans le cas de brûleur prénnix, la combustion à lieu à la surface extérieure du brûleur. Afin d'éviter un vieillissement rapide du brûleur par rougissement de son enveloppe, (ce qui est le cas si la flamme se rapproche trop de la surface de celle-ci), la plage de variation de puissance d'un tel brûleur prénnix est de l'ordre de 1 à 3, voire au maximum de 1 à 10, si l'enveloppe est réalisée dans un matériau résistant aux hautes températures ou comporte un design spécifiquement étudié tel le brûleur décrit dans le document W02014006103.
Par ailleurs, durant le fonctionnement de ce brûleur à prénnélange air/gaz, il faut faire varier le débit du mélange d'air et de gaz de façon à éviter le décollement de la flamme par un excès de débit et inversement à éviter que la flamme ne retourne dans le brûleur par un manque de débit suffisant, en provoquant ainsi un retour de flamme.
Un tel retour de flamme peut en effet conduire à une déflagration, voire à une détonation.
Pour un brûleur donné, la plage de modulation de sa puissance est donc régulée par son débit maximum, qui correspond à une vitesse de sortie de gaz inférieure au décollement de DESCRIPTION
TITLE: Explosion-proof and anti-knock surface combustion gas burner.
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface combustion gas burner, notably a hydrogen burner. Such a burner is particularly intended to be used in electronics domestic or industrial heating, to heat a circulating fluid in a exchanger.
STATE OF THE ART
Two generations of gas burners have mainly succeeded one another, namely the burners atmospheric and blown air burners.
In atmospheric burners, gas under pressure is emitted through a nozzle and drives air flow via a converge/diverge device. Such a burner present the disadvantage of emitting polluting emissions into the atmosphere.
Among blown air burners, air/gas premix burners or prénnix burners, allow perfect control of the premixing of gas and air (see example the burner described in document W02014006103). Pollutant discharges are thus considerably reduced.
However, in the case of the prénnix burner, combustion takes place on the surface exterior of burner. In order to avoid rapid aging of the burner due to reddening of its envelope, (which is the case if the flame gets too close to its surface), the beach of power variation of such a Prénnix burner is of the order of 1 to 3, or even to the maximum of 1 to 10, if the envelope is made of a material resistant to high temperatures or has a specifically designed design such as the burner described in the document W02014006103.
Furthermore, during the operation of this air/gas premix burner, it must vary the flow of the mixture of air and gas so as to avoid the separation of the flame by a excess flow and vice versa to prevent the flame from returning to the burner by one lack of sufficient flow, thus causing a flashback.
Such a flashback can in fact lead to an explosion, or even to a detonation.
For a given burner, the modulation range of its power is therefore regulated by its maximum flow rate, which corresponds to a gas outlet speed lower than the separation of
2 la flamme et par son débit minimum, qui correspond à une vitesse de sortie de gaz supérieure à la vitesse de retour de la flamme.
De plus, ces deux bornes extrêmes de la vitesse du mélange d'air et de gaz sont liées à la vitesse de propagation de la flamme du gaz considéré, en d'autres termes, à la nature de celui-ci. Ainsi, un même brûleur à prérnélange air/gaz offrira une plage de fonctionnement différente en fonction de la nature du gaz utilisé et de sa vitesse de propagation.
A titre indicatif, le gaz naturel a une vitesse moyenne de propagation de 0,37 mètres/seconde et l'hydrogène une vitesse moyenne de propagation de l'ordre de 2,6 mètres/seconde, soit près de sept fois plus rapide.
Les brûleurs à combustion de surface de l'état de la technique ne sont donc pas bien adaptés à l'utilisation du gaz hydrogène, qui plus est, si l'on souhaite pouvoir utiliser un tel brûleur sur une plage importante de variations de puissance.
Or, afin de respecter des critères environnementaux et écologiques, l'hydrogène pourrait être une alternative intéressante en tant que carburant pour l'alimentation de ces brûleurs.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l'invention est donc de proposer un brûleur à combustion de surface qui puisse fonctionner notamment avec de l'hydrogène, tout en étant fiable, c'est-à-dire en évitant le phénomène de retour de flamme et les risques associés et tout en étant susceptible d'être utilisé sur une plage importante de variations de puissance.
A cet effet, l'invention concerne un brûleur à gaz à combustion de surface antidéflagrant et antidétonant.
Conformément à l'invention, ce brûleur comprend un corps de brûleur en métal ou en matériau réfractaire et un distributeur de gaz, le corps de brûleur délimite une cavité
intérieure raccordable à une source d'alimentation en air et présente une face extérieure et une face intérieure, le corps de brûleur est percé d'une série d'orifices dont chacun se prolonge par un rebord, qui fait saillie depuis cette face extérieure et dont l'axe central est normal à cette face extérieure, ces orifices étant disposés selon plusieurs rangées d'orifices alignés, le distributeur de gaz comprend un corps de distributeur qui délimite un logement raccordable à une source d'alimentation en gaz, le corps de distributeur comprend une pluralité de branches longitudinales de distribution de gaz, chaque branche comprenant deux parois longitudinales, espacées l'une de l'autre de façon à définir entre elles un espace lamellaire longitudinal de distribution du gaz, qui débouche à son extrémité
longitudinale interne dans ledit logement, les deux parois de chaque branche se rejoignant pour former 2 the flame and by its minimum flow rate, which corresponds to an exit speed of upper gas at the flame return speed.
In addition, these two extreme limits of the speed of the mixture of air and gas are linked to the speed of propagation of the flame of the gas considered, in other words, at the nature of this one. Thus, the same air/gas premix burner will offer a range of functioning different depending on the nature of the gas used and its speed of spread.
As an indication, natural gas has an average propagation speed of 0.37 meters/second and hydrogen has an average propagation speed of the order of 2.6 meters/second, almost seven times faster.
Surface combustion burners of the state of the art are therefore not not well adapted to the use of hydrogen gas, what is more, if we wish to be able to use such a burner over a wide range of power variations.
However, in order to respect environmental and ecological criteria, hydrogen could be an interesting alternative as a fuel for feeding these burners.
STATEMENT OF THE INVENTION
An aim of the invention is therefore to propose a surface combustion burner who can operate in particular with hydrogen, while being reliable, that is to say avoiding the flashback phenomenon and the associated risks and while being likely to be used over a wide range of power variations.
For this purpose, the invention relates to a surface combustion gas burner explosion-proof and anti-knock.
According to the invention, this burner comprises a metal burner body or in refractory material and a gas distributor, the burner body delimits a cavity interior connectable to an air supply source and has a face exterior and an interior face, the burner body is pierced with a series of orifices of which each extended by a rim, which projects from this exterior face and of which the central axis is normal to this exterior face, these orifices being arranged in several rows of holes aligned, the gas distributor comprises a distributor body which delimits housing connectable to a gas supply source, the distributor body includes a plurality of longitudinal gas distribution branches, each branch including two longitudinal walls, spaced from one another so as to define between they a space longitudinal lamellar gas distribution, which opens at its end longitudinal internal in said housing, the two walls of each branch joining to form
3 un bord longitudinal externe, une extrémité avant fermée et une extrémité
arrière fermée de ladite branche, chaque branche est percée par une série d'orifices alignés le long de son bord longitudinal externe, chaque orifice étant bordé par un rebord qui fait saillie sur la face extérieure dudit bord longitudinal et chaque orifice ayant un axe central normal à cette face extérieure dudit bord longitudinal, le corps de distributeur est disposé
dans la cavité
intérieure du corps de brûleur de sorte que chaque orifice du corps de distributeur soit coaxial avec un orifice du corps de brûleur, le corps de distributeur et le corps de brûleur sont dimensionnés de façon que le diamètre intérieur D2 d'un orifice du corps de brûleur soit supérieur au diamètre extérieur Dl du sommet du rebord d'un orifice du corps de distributeur disposé en regard de ce même orifice, de façon qu'il existe un intervalle pour le passage de l'air entre le sommet du bord longitudinal externe de chaque branche et la face intérieure du corps de brûleur, et de façon que le sommet du rebord de chaque orifice soit à proximité immédiate de l'embouchure d'entrée de l'orifice en regard duquel il est placé, de sorte que lorsque le corps de brûleur est raccordé à une source d'alimentation en air et le corps de distributeur à une source d'alimentation en gaz, l'air pénètre dans le corps de brûleur, circule entre les branches du corps du distributeur et dans l'intervalle et s'échappe hors du brûleur au travers des rebords du corps de brûleur, tandis que le gaz pénètre dans le logement du corps de distributeur, circule dans l'espace lamellaire des branches puis au travers des orifices et des rebords de ce corps de distributeur et enfin au travers des rebords du corps de brûleur au sein desquels il rencontre l'air et est mélangé à
celui-ci.
Grâce à ces caractéristiques de l'invention, le gaz et l'air circulent dans le brûleur où les pertes de charges sont extrêmement réduites, au travers de circuits séparés et ne sont mélangés qu'au dernier moment à l'intérieur des rebords du corps de brûleur.
Ces rebords constituent ainsi des micro-chambres de mélange du gaz et de l'air et la combustion a lieu en surface c'est-à-dire à la sortie de ces rebords, empêchant ainsi tout retour de flamme.
Un tel brûleur est donc particulièrement adapté à un usage avec de l'hydrogène, gaz qui présente une grande vitesse de propagation de flamme, puisque le retour de flamme est empêché et donc également tout risque de détonation ou de déflagration.
De plus, les volumes de gaz et d'air mélangés sont maîtrisés et permettent d'obtenir une grande plage de modulation.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : 3 an outer longitudinal edge, a closed front end and an end rear closed of said branch, each branch is pierced by a series of aligned orifices along its external longitudinal edge, each orifice being bordered by a rim which makes protrusion on the exterior face of said longitudinal edge and each orifice having a central axis normal to this outer face of said longitudinal edge, the distributor body is arranged in the cavity interior of the burner body so that each orifice of the burner body distributor either coaxial with an orifice of the burner body, the distributor body and the burner body are dimensioned so that the internal diameter D2 of an orifice in the body of burner is greater than the external diameter Dl of the top of the rim of an orifice of the body of distributor placed opposite this same orifice, so that there is a interval for the passage of air between the top of the external longitudinal edge of each branch and the interior face of the burner body, and so that the top of the rim of each orifice either in the immediate vicinity of the inlet mouth of the opposite orifice from which he is placed, so that when the burner body is connected to a source power supply air and the distributor body to a gas supply source, the air enters the body burner, circulates between the branches of the body of the distributor and in the interval and escapes from the burner through the edges of the burner body, while that the gas enters the housing of the distributor body, circulates in the space lamellar of branches then through the orifices and edges of this body of distributor and finally to through the edges of the burner body within which it meets the air and is mixed with this one.
Thanks to these characteristics of the invention, the gas and the air circulate in the burner where the load losses are extremely reduced, through separate circuits and are not mixed only at the last moment inside the edges of the burner body.
These edges thus constitute micro-chambers for mixing gas and air and the combustion takes place on the surface, that is to say at the exit of these edges, thus preventing any backfire.
Such a burner is therefore particularly suitable for use with hydrogen, a gas which presents a high speed of flame propagation, since the return of flame is prevented and therefore also any risk of detonation or deflagration.
In addition, the volumes of mixed gas and air are controlled and allow to obtain a large modulation range.
According to other advantageous and non-limiting characteristics of the invention, taken alone or in combination:
4 - au moins un rebord d'un orifice du corps de brûleur et/ou au moins un rebord d'un orifice du corps de distributeur est dentelé de façon à présenter des encoches.
- le corps de brûleur est formé d'une virole cylindrique, obturée à son extrémité arrière par un fond et dont l'extrémité avant est munie d'une bride de façade raccordable à la source d'alimentation en air, les orifices du corps de brûleur sont ménagés dans ladite virole de sorte que les rangées d'orifices s'étendent axialennent sur cette virole, le corps de distributeur comprend un cylindre creux qui délimite ledit logement de ce corps, ce logement étant central et cylindrique, les branches longitudinales de distribution de gaz s'étendent radialennent autour de ce cylindre, le corps de distributeur est obturé à son extrémité arrière par un fond et à son extrémité avant par une bride avant, munie d'un trou central raccordable à la source d'alimentation en gaz, le distributeur de gaz comprend un dispositif de pré-répartition du gaz, qui comprend un corps cylindrique, muni d'une ouverture centrale cylindrique axiale et de plusieurs étages de canaux radiaux, chaque canal radial s'étendant depuis ladite ouverture centrale jusqu'à la surface extérieure dudit corps cylindrique, et ce dispositif de pré-répartition du gaz est disposé
coaxialennent à l'intérieur du logement cylindrique du corps de distributeur, de façon que son ouverture centrale soit en regard du trou central de la bride et que chacun de ses canaux radiaux débouche dans l'espace lamellaire d'une branche du corps de distributeur.
- le corps cylindrique du dispositif de pré-répartition du gaz comprend plusieurs rondelles arrière et une rondelle avant, ces rondelles arrière et avant présentant chacune une ouverture centrale cylindrique et deux faces planes opposées, ces ouvertures centrales étant de même diamètre, la rondelle avant et les rondelles arrières étant assemblées les unes contre les autres de façon que leurs ouvertures centrales respectives soient coaxiales, les rondelles arrière présentant sur l'une de leurs faces planes, une série de gorges radiales qui délimitent avec la face opposée d'une rondelle arrière voisine, lesdits canaux radiaux.
- le dispositif de pré-répartition du gaz comprend un dispositif de mise en mouvement du gaz entrant dans ce dispositif de pré-répartition du gaz, pour impartir à ce gaz un mouvement hélicoïdal lorsqu'il circule à l'intérieur de l'ouverture centrale du corps cylindrique.
- le dispositif de mise en mouvement du gaz est une hélice fixe.
- la virole du corps de brûleur présente une extrémité arrière, en ce que le fond du corps de brûleur comprend un disque plein muni d'un rebord annulaire périphérique qui est soudé de manière étanche aux gaz à l'extrémité arrière de la virole, en ce que ledit disque plein présente une face avant et est muni d'au moins un doigt de positionnement qui fait saillie depuis cette face avant et en ce que ledit au moins un doigt de positionnement est inséré
entre deux branches voisines du corps du distributeur de gaz.
- le corps de distributeur est formé d'une tôle métallique repliée sur elle-même pour former les branches de distribution de gaz. 4 - at least one rim of an orifice of the burner body and/or at least one rim of an orifice of the distributor body is serrated so as to have notches.
- the burner body is formed of a cylindrical shell, closed at its rear end by a bottom and the front end of which is provided with a connectable front flange to the source air supply, the orifices of the burner body are provided in said ferrule of so that the rows of orifices extend axially on this ferrule, the body of distributor comprises a hollow cylinder which delimits said housing of this body, this housing being central and cylindrical, the longitudinal branches of gas distribution extend radially around this cylinder, the distributor body is blocked from sound rear end by a bottom and at its front end by a front flange, equipped with a hole central connectable to the gas supply source, the gas distributor includes a gas pre-distribution device, which comprises a cylindrical body, provided of a axial cylindrical central opening and several stages of channels radial, each channel radial extending from said central opening to the surface exterior of said body cylindrical, and this gas pre-distribution device is arranged coaxial inside of the cylindrical housing of the distributor body, so that its opening central either opposite the central hole of the flange and that each of its radial channels opens into the lamellar space of a branch of the distributor body.
- the cylindrical body of the gas pre-distribution device comprises several washers rear and a front washer, these rear and front washers having each one cylindrical central opening and two opposite flat faces, these openings central being of the same diameter, the front washer and the rear washers being assembled the ones against the others so that their respective central openings are coaxial, the rear washers presenting on one of their flat faces, a series of radial grooves which delimit with the opposite face of a neighboring rear washer, said channels radials.
- the gas pre-distribution device comprises a device for placing movement of gas entering this gas pre-distribution device, to impart to this gas one helical movement as it circulates inside the central opening from the body cylindrical.
- the gas moving device is a fixed propeller.
- the shell of the burner body has a rear end, in that the bottom of the body burner comprises a solid disc provided with a peripheral annular rim which is welded from gas-tight manner at the rear end of the shell, in that said disk full has a front face and is provided with at least one positioning finger which protrudes from this front face and in that said at least one positioning finger is inserted between two neighboring branches of the body of the gas distributor.
- the distributor body is formed of a metal sheet folded over itself-even to train gas distribution branches.
5 - les extrémités avant et arrière de chaque branche du corps de distributeur sont fermées par pincement et soudure.
- l'intervalle pour le passage de l'air présente une hauteur supérieure ou égale à 0,2 mm.
- le ratio D2/D1 entre le diamètre intérieur d'un orifice du corps de brûleur et le diamètre extérieur du sommet du rebord d'un orifice disposé en regard de ce même orifice est compris entre 1,2 et 4.
- le gaz est de l'hydrogène.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée des éléments constituant un mode de réalisation possible du brûleur à gaz conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective de ce même brûleur, dont les différents éléments sont en position assemblée ;
- la figure 3 est une vue en perspective du distributeur de gaz du brûleur à
gaz de la figure 1;
- la figure 4 est une vue en perspective éclatée des différents éléments constituant le distributeur de gaz de la figure 3 ;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale du brûleur à gaz, prise selon le plan de coupe passant par la ligne V-V de la figure 2;
- la figure 6 est une vue en coupe longitudinale des orifices ménagés dans le corps du brûleur et dans le distributeur, prise selon le plan de coupe passant par la ligne VI-VI de la figure 7 ;
- la figure 7 est une vue de détail agrandie du corps du brûleur et du distributeur représenté
sur la figure 5. 5 - the front and rear ends of each branch of the body of distributor are closed by pinching and welding.
- the interval for the passage of air has a greater height or equal to 0.2 mm.
- the ratio D2/D1 between the internal diameter of an orifice of the burner body and the diameter exterior of the top of the edge of an orifice placed opposite this same orifice is included between 1.2 and 4.
- the gas is hydrogen.
DESCRIPTION OF FIGURES
Other characteristics, aims and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not restrictive, and which must be read in look at the drawings annexed on which:
- Figure 1 is an exploded perspective view of the elements constituting a mode of possible realization of the gas burner according to the invention;
- Figure 2 is a perspective view of this same burner, whose different elements are in the assembled position;
- Figure 3 is a perspective view of the gas distributor of the burner figure gas 1;
- Figure 4 is an exploded perspective view of the different elements constituting the gas distributor of Figure 3;
- Figure 5 is a longitudinal sectional view of the gas burner, taken according to the cutting plane passing through line VV of Figure 2;
- Figure 6 is a longitudinal sectional view of the orifices provided in the burner body and in the distributor, taken according to the cutting plane passing through line VI-VI of Figure 7;
- Figure 7 is an enlarged detail view of the body of the burner and the distributor represented in Figure 5.
6 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la suite de la description, le brûleur à gaz à combustion de surface 1 conforme à
l'invention est décrit comme fonctionnant avec un gaz qui est préférentiellement de l'hydrogène. Toutefois, il pourrait également fonctionner avec un autre gaz, par exemple du gaz naturel, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Dans la suite de la description et des revendications, par convention, le terme - avant désigne les éléments qui sont situés ou orientés vers l'extrémité du brûleur par laquelle l'air est introduit dans celui-ci (c'est-à-dire à gauche sur les figures 1 à 5) et le terme - arrière désigne des éléments qui sont situés ou orientés à l'opposé (c'est-à-dire à
droite sur les figures 1 à 5).
D'une manière générale, le brûleur à gaz 1 comprend un corps de brûleur 2 raccordable à
une source d'alimentation en air et un distributeur de gaz 5 raccordable à une source d'alimentation en gaz.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention (et donc non exclusif), qui va maintenant être décrit plus en détail, le corps de brûleur 2 et le distributeur de gaz 5 sont de forme générale cylindrique.
Sur la figure 1, on peut voir que le corps de brûleur 2 est obturé à son extrémité arrière 26 par un fond 3 et est muni à son extrémité avant 25 d'une bride de façade 4, et que le distributeur de gaz 5 est obturé à son extrémité arrière par un fond 6 et est muni à son extrémité avant d'une bride avant 7. Ces différents éléments vont maintenant être décrits.
Corps de brûleur 2 :
Le corps de brûleur 2 est formé d'une virole cylindrique creuse 200 s'étendant autour d'un axe longitudinal central X-X', qui constitue également l'axe longitudinal central du brûleur 1. Cette virole 200 est de préférence constituée d'une tôle métallique mince.
Ce corps 2 délimite une cavité intérieure cylindrique 20.
Ladite virole est percée d'une pluralité d'orifices 21, dont chacun se prolonge vers l'extérieur par un rebord 22, (voir notamment les figures 5 à 7). Le rebord 22 entoure la périphérie de l'orifice 21. Chaque rebord 22 fait saillie sur la face extérieure 23 du corps 2.
Chaque orifice 21 et son rebord 22 présentent un axe central Z1-Z'1 qui est normal à cette face extérieure 23 (voir figure 6). La face intérieure de la virole est référencée 23'.
Le rebord 22 (et plus particulièrement son extrémité libre 220) peut avantageusement être dentelé de façon à présenter des encoches 22'. Ces encoches 22' permettent de créer des 6 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the remainder of the description, the surface combustion gas burner 1 conform to the invention is described as operating with a gas which is preferably from hydrogen. However, it could also work with another gas, For example natural gas, without however departing from the scope of the invention.
In the remainder of the description and the claims, by convention, the term - before designates the elements which are located or oriented towards the end of the burner by which the air is introduced into it (i.e. on the left in Figures 1 to 5) and the term - rear refers to elements that are located or oriented oppositely (i.e. to right on the figures 1 to 5).
Generally speaking, the gas burner 1 comprises a burner body 2 connectable to an air supply source and a gas distributor 5 connectable to a source gas supply.
According to a preferred embodiment of the invention (and therefore not exclusive), which will now be described in more detail, the burner body 2 and the gas distributor 5 are generally cylindrical in shape.
In Figure 1, we can see that the burner body 2 is closed at its rear end 26 by a bottom 3 and is provided at its front end 25 with a front flange 4, and that the gas distributor 5 is closed at its rear end by a bottom 6 and is equipped with his front end of a front flange 7. These different elements will now be described.
Burner body 2:
The burner body 2 is formed of a hollow cylindrical shell 200 extending around a central longitudinal axis X-X', which also constitutes the longitudinal axis central burner 1. This ferrule 200 is preferably made of a thin metal sheet.
This body 2 delimits a cylindrical interior cavity 20.
Said ferrule is pierced with a plurality of orifices 21, each of which is extends towards the outside by a rim 22, (see in particular Figures 5 to 7). The ledge 22 surround the periphery of the orifice 21. Each rim 22 projects from the face exterior 23 of body 2.
Each orifice 21 and its rim 22 have a central axis Z1-Z'1 which is normal to this exterior face 23 (see figure 6). The inner face of the ferrule is referenced 23'.
The rim 22 (and more particularly its free end 220) can advantageously be serrated so as to present notches 22'. These 22' notches allow you to create some
7 turbulences à la sortie du corps 2 et ainsi de renforcer l'effet d'accroche de la flamme et d'éviter son décollement.
Les orifices 21 et les rebords 22 sont par exemple des - trous crevés , obtenus par emboutissage ou poinçonnage d'une tôle métallique plane, qui est ensuite cintrée pour former le corps cylindrique 2 et dont les deux bords sont soudés.
Ces orifices 21 sont circulaires ou sensiblement circulaires et les rebords 22 sont cylindriques ou sensiblement cylindriques.
En outre, les orifices 21 (et donc les rebords 22) sont alignés de façon à
former plusieurs rangées axiales 24 d'orifices. Ces rangées 24 s'étendent parallèlement les unes aux autres et également parallèlement à l'axe longitudinal central X-X' du corps 2. En outre, de préférence, les différentes rangées 24 sont réparties régulièrement sur toute la circonférence du corps de brûleur 2.
Dans une rangée 24 donnée, les différents orifices 21 peuvent être espacés régulièrement les uns des autres ou au contraire être groupés de façon à former un motif, par exemple être groupés par deux comme on peut le voir sur les figures.
Fond 3 :
Le fond 3 est constitué d'un disque plein 30, muni d'un rebord annulaire périphérique 31.
Le diamètre de ce fond 3 est adapté au diamètre du corps de brûleur 2 (ici à
la virole 200), de sorte que son rebord périphérique 31 puisse être soudé à l'extrémité
arrière 26 du corps 2, de préférence à l'intérieur de ce corps 2, comme cela apparaît mieux sur la coupe de la figure 5. Le fond 3 et le corps 2 sont ainsi soudés de manière étanche au gaz par une soudure circulaire.
En outre, le fond 3 est muni d'au moins un doigt de positionnement 32, de préférence de trois doigts, qui font saillie depuis la face avant 301 du disque 30, en direction de l'intérieur de la cavité 20, lorsque ce fond est assemblé avec le corps 2. Leur rôle sera détaillé
ultérieurement.
Bride de façade 4 :
Comme on peut le voir sur la figure 5, la bride de façade 4 est un élément annulaire destiné
à être soudé, à l'extrémité avant 25 du corps de brûleur 2, afin de permettre le raccordement de ce corps 2 à une source d'alimentation en air (non représentée sur les figures), nécessaire à la combustion du gaz. La bride 4 comprend par exemple un anneau 40 soudé à l'intérieur dudit corps 2 et qui se prolonge vers l'avant par une collerette radiale 41 de fixation du corps 2. 7 turbulence at the exit of the body 2 and thus to reinforce the gripping effect of the flame and to avoid its detachment.
The orifices 21 and the edges 22 are for example punctured holes, obtained by stamping or punching of a flat metal sheet, which is then fitted for form the cylindrical body 2, the two edges of which are welded.
These orifices 21 are circular or substantially circular and the edges 22 are cylindrical or substantially cylindrical.
In addition, the orifices 21 (and therefore the edges 22) are aligned so as to train several axial rows 24 of orifices. These rows 24 extend parallel to the to each other and also parallel to the central longitudinal axis XX' of body 2.
besides, preferably, the different rows 24 are distributed regularly over the entire there circumference of burner body 2.
In a given row 24, the different orifices 21 can be spaced apart regularly from each other or on the contrary be grouped so as to form a pattern, For example be grouped in pairs as can be seen in the figures.
Background 3:
The bottom 3 consists of a solid disc 30, provided with an annular rim peripheral 31.
The diameter of this bottom 3 is adapted to the diameter of the burner body 2 (here the ferrule 200), so that its peripheral edge 31 can be welded to the end rear 26 of the body 2, preferably inside this body 2, as appears better on the cut of the figure 5. The bottom 3 and the body 2 are thus welded in a gastight manner by welding circular.
In addition, the bottom 3 is provided with at least one positioning finger 32, preference of three fingers, which project from the front face 301 of the disc 30, in direction of the interior of the cavity 20, when this bottom is assembled with the body 2. Their role will be detailed later.
Facade flange 4:
As can be seen in Figure 5, the facade flange 4 is an element ring intended to be welded, to the front end 25 of the burner body 2, in order to allow THE
connection of this body 2 to an air supply source (not shown on the figures), necessary for the combustion of gas. The flange 4 includes for example a ring 40 welded inside said body 2 and which extends forward by a radial flange 41 fixing the body 2.
8 Distributeur de gaz 5 :
Le distributeur de gaz 5 a pour fonction de distribuer le gaz, notamment l'hydrogène, au plus proche des orifices 21 du corps de brûleur 2 et également de répartir l'air circulant dans le corps 2, comme cela sera décrit en détail ultérieurement.
Le distributeur 5 est destiné à être inséré axialernent dans le corps de brûleur 2.
Comme cela apparaît mieux sur les figures 1 et 3 à 5, le distributeur 5 comprend un corps de distributeur 50, le fond 6 et la bride avant 7.
Le corps 50 comprend un cylindre creux 51, d'axe longitudinal central X1-X'1.
Cet axe X1-X'1 est coaxial à l'axe X-X' du brûleur 1 lorsque le distributeur 5 est monté
dans le corps 2.
Le cylindre 51 est muni d'une pluralité de branches radiales 52, disposées en étoile autour du cylindre 51. Le cylindre 51 délimite un logement central cylindrique 53.
Chaque branche 52 s'étend à la fois radialernent vers l'extérieur par rapport à l'axe central X1-X1' et sur toute la longueur du cylindre 51.
Comme on le voit mieux sur la figure 7, chaque branche 52 comprend deux parois planes 54, 54', parallèles ou sensiblement parallèles entre elles et espacées l'une de l'autre de façon à ménager entre elles un espace lamellaire 55 qui débouche à son extrémité
radialernent interne dans le logement central cylindrique 53. Les deux parois 54, 54' se rejoignent entre elles, au niveau de leurs extrémités radialernent externes, par une zone de jonction qui définit le bord longitudinal radialernent externe 56 de chaque branche 52. Ce bord 56 est de préférence de forme incurvée en coupe transversale, sa concavité étant tournée vers l'espace lamellaire 55.
De préférence, le corps 50 est constituée d'une bande de tôle métallique, cintrée pour former le cylindre 51 et repliée plusieurs fois sur elle-même pour former chaque branche 52 débouchant dans le logement 53.
Comme on peut le voir sur la figure 3, chaque branche 52 est fermée de manière étanche aux gaz à son extrémité avant 57 et à son extrémité arrière 57', par exemple par pincement des deux parois 54, 54', puis soudure des bords de ces parois entre elles.
Enfin, le bord longitudinal radialernent externe 56 de chaque branche 52 est percé d'une pluralité d'orifices 58, chacun d'entre eux se prolongeant par un rebord 59, (voir les figures 6 et 7). Le rebord 59 entoure la périphérie de l'orifice 58. Chaque rebord 59 fait saillie vers l'extérieur, depuis la face radialernent extérieure 560 du bord 56. Chaque orifice 58 et son rebord 59 présentent un axe central Z2-Z'2, qui est normal à la face extérieure 560. 8 Gas distributor 5:
The function of the gas distributor 5 is to distribute the gas, in particular hydrogen, closer to the orifices 21 of the burner body 2 and also to distribute circulating air in body 2, as will be described in detail later.
The distributor 5 is intended to be inserted axially into the body of burner 2.
As can be seen better in Figures 1 and 3 to 5, the distributor 5 includes a body distributor 50, the bottom 6 and the front flange 7.
The body 50 comprises a hollow cylinder 51, with a central longitudinal axis X1-X'1.
This axis X1-X'1 is coaxial with the axis XX' of burner 1 when distributor 5 is mounted in body 2.
The cylinder 51 is provided with a plurality of radial branches 52, arranged in star around of cylinder 51. Cylinder 51 delimits a central cylindrical housing 53.
Each branch 52 extends both radially outward relative to the central axis X1-X1' and on the entire length of cylinder 51.
As can be seen better in Figure 7, each branch 52 comprises two walls planes 54, 54 ', parallel or substantially parallel to each other and spaced one from the other way to provide between them a lamellar space 55 which opens at its end radially internal in the central cylindrical housing 53. The two walls 54, 54 'are join between they, at the level of their radially external ends, by a zone of junction which defines the radially external longitudinal edge 56 of each branch 52. This edge 56 is preferably of curved shape in cross section, its concavity being turned towards the lamellar space 55.
Preferably, the body 50 consists of a strip of metal sheet, fitted for form the cylinder 51 and folded several times on itself to form each branch 52 leading into housing 53.
As can be seen in Figure 3, each branch 52 is closed so waterproof gas at its front end 57 and at its rear end 57', for example by pinch of the two walls 54, 54', then welding the edges of these walls together.
Finally, the radially external longitudinal edge 56 of each branch 52 is pierced with a plurality of orifices 58, each of them extending by a rim 59, (see figures 6 and 7). The rim 59 surrounds the periphery of the orifice 58. Each rim 59 protrudes towards the outside, from the radially outer face 560 of the edge 56. Each orifice 58 and its rim 59 have a central axis Z2-Z'2, which is normal to the face exterior 560.
9 Le rebord 59 peut avantageusement être dentelé de façon à présenter des encoches 59' permettant de créer des turbulences à la sortie du rebord 59 et améliorer ainsi le mélange air/gaz qui pénètre dans l'orifice 21 puis dans le rebord 22.
Les orifices 58 et les rebords 59 sont par exemple des - trous crevés , obtenus par .. emboutissage d'une tôle métallique. Ces orifices 58 sont circulaires ou sensiblement circulaires et les rebords 59 sont cylindriques ou sensiblement cylindriques.
Le corps de distributeur 50 comprend au maximum autant de branches 52 qu'il y a de rangées 24 d'orifices 21 dans le corps de brûleur 2. Il peut y avoir moins de branches 52 que de rangées 24 d'orifices et dans ce cas, seul de l'air sortira des rangées 24 d'orifices. De préférence, il y a autant de branches 52 que de rangées 24 d'orifices.
Les orifices 58 (et donc les rebords 59) sont alignés axialennent le long du bord longitudinal 56. Par ailleurs, sur chaque bord longitudinal 56 de chaque branche 52, il y a autant d'orifices 58 qu'il y a d'orifices 21 dans une rangée 24 du corps de brûleur 2. Sur un bord longitudinal 56 donné, les différents orifices 58 peuvent être espacés régulièrement les uns des autres ou au contraire être groupé à plusieurs, de façon à former un motif, par exemple être groupé
par deux, comme on peut le voir sur les figures.
Le fond 6 est un disque dont le diamètre extérieur est égal à celui du diamètre intérieur du logement central cylindrique 53, et il est soudé de manière étanche aux gaz au cylindre 51, de façon à obturer ledit logement 53.
.. La bride avant 7 permet de raccorder le corps de distributeur 50 à une source d'alimentation en gaz (hydrogène) sous pression (non représentée sur les figures).
La bride avant 7 comprend de préférence un disque 70 percé d'un trou central 71. Le diamètre extérieur du disque 70 est égal au diamètre intérieur du logement central cylindrique 53 et ce disque 70 est soudé à sa périphérie à l'extrémité avant du cylindre 51, .. de manière étanche aux gaz, comme on peut le voir sur la figure 3. Ce disque 70 se prolonge vers l'avant par un tube 72, d'axe longitudinal X-X', qui permet le raccordement de la bride avant 7 à la source d'alimentation en gaz (non représentée sur les figures).
Assemblage.
Le distributeur 5 est inséré axialennent à l'intérieur de la cavité
cylindrique 20 du corps de brûleur 2, sur lequel le fond 3 a été préalablement soudé, puis la bride avant 4 est elle-même soudée sur le corps de brûleur 2.
Dans cette position assemblée, on constate que les doigts de positionnement 32 se trouvent positionnés chacun entre deux branches 52 voisines et qu'ils empêchent ainsi toute rotation du distributeur 5 autour de l'axe longitudinal X-X', par rapport au corps de brûleur 2.
L'assemblage du distributeur 5 et du corps 2 est également fait de sorte que chaque orifice 5 58 (et donc son rebord 59) soit coaxial avec un orifice 21 et son rebord 22 du corps de brûleur 2, (voir sur la figure 6 l'alignement des axes Z1-Z'1 et Z2-Z'2).
Dimensions :
Comme on peut le voir sur la figure 6, le diamètre extérieur D1 du sommet 590 de chaque rebord 59 du distributeur 50 est inférieur au diamètre intérieur D2 de l'orifice 21 du corps 9 The rim 59 can advantageously be serrated so as to present notches 59' making it possible to create turbulence at the exit of rim 59 and improve thus the mixture air/gas which enters orifice 21 then into rim 22.
The orifices 58 and the edges 59 are for example punctured holes, obtained by .. stamping of a metal sheet. These orifices 58 are circular or noticeably circular and the edges 59 are cylindrical or substantially cylindrical.
The distributor body 50 comprises a maximum of as many branches 52 as there are has rows 24 of orifices 21 in the burner body 2. There may be fewer branches 52 than rows 24 of orifices and in this case, only air will come out of rows 24 orifices. Of preferably, there are as many branches 52 as rows 24 of orifices.
The orifices 58 (and therefore the edges 59) are aligned axially along the longitudinal edge 56. Furthermore, on each longitudinal edge 56 of each branch 52, there is so many orifices 58 that there are orifices 21 in a row 24 of the burner body 2. On a longitudinal edge 56 given, the different orifices 58 can be spaced regularly the from each other or on the contrary be grouped in several, so as to form a pattern, by example be grouped in pairs, as can be seen in the figures.
The bottom 6 is a disc whose external diameter is equal to that of the inner diameter of cylindrical central housing 53, and it is gas-tightly welded to the cylinder 51, so as to close said housing 53.
.. The front flange 7 allows the distributor body 50 to be connected to a power supply in gas (hydrogen) under pressure (not shown in the figures).
The front flange 7 preferably comprises a disc 70 pierced with a central hole 71. The outer diameter of the disc 70 is equal to the inner diameter of the housing central cylindrical 53 and this disc 70 is welded at its periphery at the front end of cylinder 51, .. in a gastight manner, as can be seen in Figure 3. This disc 70 continues towards the front by a tube 72, of longitudinal axis X-X', which allows the flange connection front 7 to the gas supply source (not shown in the figures).
Assembly.
The distributor 5 is inserted axially inside the cavity cylindrical 20 of the body of burner 2, on which the bottom 3 has been previously welded, then the front flange 4 is she-even welded on the burner body 2.
In this assembled position, we see that the positioning fingers 32 are found each positioned between two neighboring branches 52 and which thus prevent any rotation of the distributor 5 around the longitudinal axis X-X', relative to the body of burner 2.
The assembly of the distributor 5 and the body 2 is also made so that each orifice 5 58 (and therefore its rim 59) is coaxial with an orifice 21 and its rim 22 of the burner body 2, (see in Figure 6 the alignment of the axes Z1-Z'1 and Z2-Z'2).
Dimensions:
As can be seen in Figure 6, the outer diameter D1 of the top 590 of each rim 59 of the distributor 50 is less than the internal diameter D2 of the orifice 21 of the body
10 de brûleur 2 en regard duquel il est disposé.
En outre, la hauteur H1 entre le sommet 590 de chaque rebord 59 (c'est-à-dire son extrémité
radialernent la plus externe) et la face intérieure 23' de la virole 2 est la plus faible possible de sorte que le sommet 590 est à proximité immédiate de l'embouchure d'entrée 210 de l'orifice 21. Ainsi, le rebord 59 constitue un micro-injecteur de gaz qui débouche quasiment dans l'orifice 21, et le mélange air/gaz s'effectue dans le rebord 22. La hauteur H1 correspond au jeu d'insertion axiale du corps 50 du distributeur 5 dans le corps 2, lorsque ces deux éléments sont cylindriques. De préférence, H1 est inférieur ou égal à
0,1 mm.
Le corps de distributeur 50 et le corps de brûleur 2 sont dimensionnés de façon qu'il existe un intervalle 27 pour le passage de l'air entre le sommet 561 du bord longitudinal 56 de chaque branche 52 et la face intérieure 23' de la virole 2.
De préférence, la hauteur H2 entre le sommet 561 du bord 56 de chaque branche 52 et la face intérieure 23' de la virole est supérieure ou égale à 0,2 mm.
De préférence, la hauteur H3 entre le sommet de l'extrémité libre 220 d'un rebord 22 du corps de distributeur 2 et la face intérieure 23' du corps 2 est comprise entre 0,8 et 2 mm.
Selon d'autres modes de réalisation non représentés sur les figures, le corps de brûleur 2 et le distributeur de gaz 5 pourraient présenter des formes autres que cylindriques.
Le corps de brûleur 2 peut par exemple comprendre uniquement une portion de sa surface qui joue le rôle de surface de combustion et dans laquelle sont percés les orifices 21 munis de rebords 22 tels que décrits précédemment. Une telle surface de combustion peut par exemple être plane ou légèrement cintrée ou en V.
Dans ce cas, la forme du corps de distributeur 50 est adaptée en conséquence pour que celui-ci puisse être introduit dans la cavité 20 du corps 2. Le corps 50 comprend toujours les 10 of burner 2 opposite which it is arranged.
In addition, the height H1 between the top 590 of each rim 59 (i.e.
its end radially the outermost) and the interior face 23' of the ferrule 2 is the lowest possible so that peak 590 is in close proximity to the entrance mouth 210 of the orifice 21. Thus, the rim 59 constitutes a gas micro-injector which almost leads in the orifice 21, and the air/gas mixture takes place in the rim 22. The height H1 corresponds to the axial insertion clearance of the body 50 of the distributor 5 in the body 2, when these two elements are cylindrical. Preferably, H1 is less than or equal to 0.1mm.
The distributor body 50 and the burner body 2 are dimensioned by way that it exists an interval 27 for the passage of air between the top 561 of the edge longitudinal 56 of each branch 52 and the interior face 23' of the ferrule 2.
Preferably, the height H2 between the vertex 561 of the edge 56 of each branch 52 and the interior face 23' of the ferrule is greater than or equal to 0.2 mm.
Preferably, the height H3 between the top of the free end 220 of a rim 22 of distributor body 2 and the interior face 23' of the body 2 is included between 0.8 and 2 mm.
According to other embodiments not shown in the figures, the body of burner 2 and the gas distributor 5 could have shapes other than cylindrical.
The burner body 2 can for example only comprise a portion of its surface which plays the role of combustion surface and in which the orifices 21 equipped of edges 22 as described previously. Such a combustion surface can by example be flat or slightly curved or V-shaped.
In this case, the shape of the distributor body 50 is adapted accordingly so that this can be introduced into the cavity 20 of the body 2. The body 50 always understands
11 branches 52 percées d'orifices 58 munis de rebords 59, comme décrit ci-dessus, mais ces branches ne sont pas radiales.
Enfin, les caractéristiques décrites précédemment au sujet du positionnement relatif des orifices 21 et 58 et des dimensions seraient les mêmes.
Dans le cas particulier, où le corps de brûleur 2 et le distributeur de gaz 5 sont cylindriques, le brûleur à gaz 1 comprend alors en outre un dispositif 8 de pré-répartition du gaz et de préférence un dispositif 9 de mise en mouvement du gaz entrant dans le dispositif 8.
Dispositif de pré-répartition du Raz 8 :
Dans le mode de réalisation représenté notamment sur les figures 1 et 4, le dispositif de pré-répartition du gaz 8 comprend une série de rondelles annulaires 80, assemblées les unes contre les autres, ainsi qu'une rondelle avant 81 (voir figures 1 et 4).
Chaque rondelle annulaire 80 présente une ouverture centrale cylindrique 800, une face avant plane 801, une face arrière plane opposée 802 et une face latérale cylindrique 803.
Sur chaque rondelle annulaire 80, par exemple ici sur la face avant 801, sont prévues une série de gorges rectilignes 804, creusées dans l'épaisseur de la rondelle et qui s'étendent chacune radialennent depuis l'ouverture centrale 800 jusqu'à déboucher sur la face 803. Sur chaque rondelle 80, il y a autant de gorges 804 qu'il y a de branches 52 dans le distributeur 5.
Lorsque les différentes rondelles 80 sont plaquées les unes contre les autres, la face arrière 802 de l'une vient au contact de la face avant 801 de la rondelle voisine et cette face arrière 802 forme avec les différentes gorges 804, des canaux 805 (voir figures 1, 5 et 7). Ces canaux 805 présentent des embouchures 806 qui débouchent sur la face latérale 803. On obtient ainsi plusieurs étages successifs 807 de canaux radiaux 805.
La rondelle avant 81 comprend une ouverture centrale cylindrique 810, une face avant plane 811, une face arrière plane opposée 812.
Les ouvertures 800 et 810 sont coaxiales et de même diamètre.
Comme cela apparaît mieux sur la coupe de la figure 4, un épaulement annulaire 814 est formé à l'intérieur de l'ouverture centrale 810, de sorte que cette ouverture 810 présente une portion arrière 815 dont le diamètre intérieur est le même que celui du diamètre des ouvertures 800 et une portion avant 816 dont le diamètre intérieur est supérieur à celui de la portion arrière 815, de façon à ménager au niveau de cette portion avant 816, un logement de réception 817 du dispositif 9 (qui est de préférence une hélice). 11 branches 52 pierced with orifices 58 provided with edges 59, as described above, but these branches are not radial.
Finally, the characteristics described previously regarding positioning relative of orifices 21 and 58 and dimensions would be the same.
In the particular case, where the burner body 2 and the gas distributor 5 are cylindrical, the gas burner 1 then further comprises a pre-distribution device 8 gas and preferably a device 9 for setting in motion the gas entering the device 8.
Raz 8 pre-distribution device:
In the embodiment shown in particular in Figures 1 and 4, the pre-gas distribution 8 comprises a series of annular washers 80, assembled the ones against the others, as well as a front washer 81 (see figures 1 and 4).
Each annular washer 80 has a cylindrical central opening 800, a face flat front 801, an opposite flat rear face 802 and a side face cylindrical 803.
On each annular washer 80, for example here on the front face 801, are planned a series of rectilinear grooves 804, dug into the thickness of the washer and which extend each radially from the central opening 800 until opening onto the face 803. On each washer 80, there are as many grooves 804 as there are branches 52 in the distributor 5.
When the different washers 80 are pressed against each other, the back side 802 of one comes into contact with the front face 801 of the neighboring washer and this back side 802 forms with the different grooves 804, channels 805 (see Figures 1, 5 and 7). These channels 805 have mouths 806 which open onto the side face 803. We gets thus several successive stages 807 of radial channels 805.
The front washer 81 comprises a cylindrical central opening 810, a face flat front 811, an opposite flat rear face 812.
The openings 800 and 810 are coaxial and of the same diameter.
As can be seen better in the section of Figure 4, an annular shoulder 814 is formed inside the central opening 810, so that this opening 810 presents a rear portion 815 whose internal diameter is the same as that of the diameter of openings 800 and a front portion 816 whose internal diameter is higher than that of the rear portion 815, so as to provide at the level of this front portion 816, accommodation reception 817 of the device 9 (which is preferably a propeller).
12 L'épaulement annulaire 814 permet ainsi de bloquer axialennent l'hélice 9 vers l'arrière.
Lorsque la rondelle avant 81 est plaquée contre la rondelle 80 immédiatement voisine, sa face arrière 812 vient au contact de la face avant 801 de cette rondelle et délimite également avec les gorges 804, des canaux radiaux 805. Il serait également possible de prévoir les gorges 804 sur la face arrière 802.
Les différentes rondelles 80 et la rondelle avant 81 sont assemblées les unes contre les autres et le dispositif de pré-répartition du gaz 8 ainsi formé est inséré
axialennent et logé à
l'intérieur du logement 53 du distributeur 5, de sorte que la face arrière 802 de la dernière rondelle 80 vienne au contact du fond 6 et que la face avant 811 de la rondelle avant 81 soit au contact du disque 70. A cet effet, le diamètre extérieur des différentes rondelles 80 et 81 est égal au jeu près d'introduction au diamètre intérieur du cylindre 51.
Dans cette position d'assemblage qui apparaît mieux sur la figure 5, on peut voir que le disque 70 coopère avec le logement 817 pour bloquer axialennent l'hélice fixe 9 vers l'avant.
Celle-ci est donc maintenue entre la bride avant 7 et la rondelle 81.
Les différentes rondelles 80 et 81 sont positionnées angulairennent par rapport à l'axe longitudinal X-X', de façon que leurs gorges respectives 804 soient superposées et que les embouchures extérieures 806 des canaux 805 forment des alignements axiaux 82, comme on peut le voir sur la figure 1. A cet effet, des détronnpeurs peuvent être prévus sur les différentes rondelles 80 et 81 pour les assembler correctement. Un alignement 82 est représenté schématiquement par un pointillé sur la figure 1.
En outre, les rondelles 80 et 81 sont insérées dans le logement 53, de façon que chaque embouchure extérieure 806 d'un canal radial 805 débouche en regard d'un espace lamellaire 55. En d'autres termes, chaque alignement 82 est situé en face d'une branche 52.
Selon une variante de réalisation simplifiée, non représentée sur les figures, le dispositif 8 de pré-répartition du gaz peut également être formé d'un unique corps cylindrique plein à
la place des différentes rondelles 80, 81. Un tel corps cylindrique plein présente une ouverture centrale cylindrique axiale correspondant à l'ensemble des ouvertures centrales 800 et 810 et une pluralité de canaux radiaux 805 débouchant d'une part dans cette ouverture centrale et d'autre part sur la surface extérieure 803 du corps cylindrique au niveau des embouchures 806. Ces différents canaux 805 sont répartis sur différents étages 807 et permettent d'alimenter en gaz les branches 52 du corps de distributeur.
Enfin, un tel corps cylindrique unique présente également à l'extrémité avant de son ouverture centrale, un logement 817 pour recevoir l'hélice 9. 12 The annular shoulder 814 thus makes it possible to block the propeller 9 axially towards the rear.
When the front washer 81 is pressed against the washer 80 immediately neighbor, her rear face 812 comes into contact with the front face 801 of this washer and delimits also with the grooves 804, radial channels 805. It would also be possible to provide the grooves 804 on the rear face 802.
The different washers 80 and the front washer 81 are assembled together against others and the gas pre-distribution device 8 thus formed is inserted axially and housed at inside the housing 53 of the distributor 5, so that the rear face 802 from the last washer 80 comes into contact with the bottom 6 and the front face 811 of the front washer 81 i.e.
in contact with the disc 70. For this purpose, the external diameter of the different washers 80 and 81 is equal to the clearance near insertion to the internal diameter of cylinder 51.
In this assembly position which appears better in Figure 5, we can see that the disc 70 cooperates with housing 817 to axially block the fixed propeller 9 forward.
This is therefore held between the front flange 7 and the washer 81.
The different washers 80 and 81 are angularly positioned by relation to the axis longitudinal X-X', so that their respective grooves 804 are superimposed and that the external mouths 806 of the channels 805 form axial alignments 82, as we can see it in Figure 1. For this purpose, decoders can be planned on the different washers 80 and 81 to assemble them correctly. An alignment 82 is represented schematically by a dotted line in Figure 1.
In addition, the washers 80 and 81 are inserted into the housing 53, so as to that each external mouth 806 of a radial channel 805 opens facing a space lamellar 55. In other words, each alignment 82 is located opposite a branch 52.
According to a simplified embodiment, not shown in the figures, the device 8 gas pre-distribution can also be formed from a single body cylindrical solid the place of the different washers 80, 81. Such a solid cylindrical body presents a axial cylindrical central opening corresponding to all of the central openings 800 and 810 and a plurality of radial channels 805 opening on the one hand into this central opening and on the other hand on the exterior surface 803 of the body cylindrical level of the mouths 806. These different channels 805 are distributed over different floors 807 and make it possible to supply gas to the branches 52 of the distributor body.
Finally, such unique cylindrical body also present at the front end of its central opening, a housing 817 to receive the propeller 9.
13 On notera qu'il n'est pas nécessaire d'avoir autant d'étages 807 de canaux qu'il y a d'orifices 58 (ou de rebords 59) sur une branche 52. A titre d'exemple purement illustratif, il y a ainsi sept étages 807 de canaux radiaux pour quatorze rebords 59 sur chaque branche 52 dans l'exemple de réalisation représenté sur les dessins.
Comme on peut le voir sur la figure 4, l'hélice fixe 9 comprend un disque 91 central depuis lequel s'étend une pluralité d'aubes 92. Les aubes 92 sont orientées avec un angle de calage, qui permet de dévier le gaz entrant pour lui communiquer un mouvement hélicoïdal à
l'intérieur des ouvertures centrales 800 et 810.
Matériaux :
Le corps de brûleur 2, les fonds 3 et 6, les brides 4 et 7, le distributeur de gaz 5, le dispositif 8 de pré-répartition du gaz et l'hélice 9 sont avantageusement réalisés en métal, notamment en acier inoxydable, le dispositif 8 pouvant toutefois être réalisés en aluminium ou en matière composite. Le corps de brûleur 2 pourrait également être en matériau réfractaire.
Fonctionnement :
Le tube 72 est raccordé à une source d'alimentation en gaz sous pression, de préférence de l'hydrogène. Par ailleurs, la bride avant 4 est raccordée à une source d'alimentation en air également sous pression.
Le trajet de l'air à l'intérieur du brûleur à gaz 1 va maintenant être décrit.
Ce trajet est symbolisé par des flèches référencées - a avec un indice numérique.
L'air pénètre dans l'espace annulaire autour du tube 72 (flèches al en figure 5), puis se répartit en lames d'air à l'intérieur des espaces 520 ménagés entre les branches 52 (flèches a2). L'air se dirige ensuite radialernent vers l'extérieur en longeant les parois 54 ou 54' (flèches a3 sur la figure 7) et également selon une direction axiale entre le sommet 561 du bord 56 et la face intérieure 23' de la virole (flèches a4 sur la figure 6).
Enfin, l'air s'échappe au travers des rebords 22 (flèches a5 sur la figure 6).
Le trajet du gaz à l'intérieur du brûleur à gaz 1 va maintenant être décrit.
Ce trajet est symbolisé par les flèches référencées - g avec un indice numérique.
Le gaz pénètre dans le tube 72 (flèche gl sur la figure 5), puis est entraîné
selon un mouvement hélicoïdal (flèche g2 sur la figure 5) par l'hélice fixe 9. Dans le cas particulier où le gaz est de l'hydrogène, donc un gaz extrêmement volatile, ceci permet de répartir idéalement l'hydrogène à l'entrée de tous les canaux 805. 13 Note that it is not necessary to have as many stages 807 of channels that there are orifices 58 (or edges 59) on a branch 52. As an example purely illustrative, there is thus seven stages 807 of radial channels for fourteen ledges 59 on each branch 52 in the embodiment shown in the drawings.
As can be seen in Figure 4, the fixed propeller 9 comprises a disk 91 central from which extends a plurality of blades 92. The blades 92 are oriented with a pitch angle, which allows the incoming gas to be deflected to give it a movement helical to inside the central openings 800 and 810.
Materials :
The burner body 2, the bottoms 3 and 6, the flanges 4 and 7, the distributor gas 5, the device 8 for pre-distribution of the gas and the propeller 9 are advantageously made in metal, especially made of stainless steel, the device 8 can however be made in aluminum or composite material. The burner body 2 could also be made of material refractory.
Functioning :
Tube 72 is connected to a pressurized gas supply source, preference of hydrogen. Furthermore, the front flange 4 is connected to a source air supply also under pressure.
The air path inside the gas burner 1 will now be described.
This route is symbolized by arrows referenced - a with a numerical index.
The air enters the annular space around the tube 72 (arrows al in figure 5), then distributed in air blades inside the spaces 520 provided between the branches 52 (arrows a2). The air then flows radially outwards along the walls 54 or 54' (arrows a3 in Figure 7) and also in an axial direction between the summit 561 of edge 56 and the interior face 23' of the ferrule (arrows a4 in Figure 6).
Finally the air escapes through the edges 22 (arrows a5 in Figure 6).
The gas path inside the gas burner 1 will now be described.
This route is symbolized by the arrows referenced - g with a numerical index.
The gas enters the tube 72 (arrow gl in Figure 5), then is entrained according to a helical movement (arrow g2 in Figure 5) by the fixed propeller 9. In the particular case where the gas is hydrogen, therefore an extremely volatile gas, this makes it possible to to share out ideally hydrogen at the entrance to all 805 channels.
14 Le gaz est ainsi introduit dans les différents canaux 805 (flèches g3 sur les figures 5 et 7) puis sort de ceux-ci à l'intérieur de l'espace lamellaire 55 (flèches g4 sur les figures 5 et 7).
Le gaz ayant été préalablement distribué dans les différents canaux 805, chaque espace lamellaire 55 est alimenté en gaz de manière homogène sur toute sa longueur axiale.
Le gaz sort ensuite au travers des orifices 58 et des rebords 59 du distributeur 5 (flèches g5 sur la figure 6), puis pénètre ensuite dans les orifices 21 et les rebords 22 (flèches g6 sur la figure 6) où il se retrouve mélangé à l'air. C'est donc seulement à
l'intérieur de ces rebords 22 que s'effectue le mélange air/gaz et la combustion a lieu à la sortie des rebords 22 donc sans risque de retour de flamme dans les espaces 520, ni dans les branches radiales 52.
Le brûleur à gaz conforme à l'invention peut ainsi fonctionner avec de l'hydrogène, bien que ce gaz soit extrêmement volatil, tout en offrant une plage de modulation de puissance d'au moins 1 à 10, sans risque de rentrée de flamme et donc sans risque de déflagration ou de détonation.
Enfin, les mesures effectuées ont permis de montrer que la combustion avec de l'hydrogène s'effectue avec un lambda d'air de 1,3 à 2 et un niveau d'émission de Nox de 0,5 à 3 ppm.
Dans les modes de réalisation où le dispositif de pré-répartition 8 n'est pas présent, le gaz sortant du tube 72 pénètre directement dans le logement 53. 14 The gas is thus introduced into the different channels 805 (arrows g3 on the figures 5 and 7) then exits from these inside the lamellar space 55 (arrows g4 on Figures 5 and 7).
The gas having previously been distributed in the different channels 805, every space lamellar 55 is supplied with gas evenly over its entire length axial.
The gas then exits through the orifices 58 and the edges 59 of the distributor 5 (arrows g5 in Figure 6), then then enters the orifices 21 and the edges 22 (arrows g6 on the figure 6) where it is mixed with air. It is therefore only to inside these edges 22 that the air/gas mixture takes place and combustion takes place at the outlet of the edges 22 therefore without risk of flashback in spaces 520, nor in branches radials 52.
The gas burner according to the invention can thus operate with hydrogen, although this gas is extremely volatile, while offering a modulation range of power of minus 1 to 10, without risk of flame re-entry and therefore without risk of explosion or detonation.
Finally, the measurements carried out made it possible to show that combustion with hydrogen is carried out with an air lambda of 1.3 to 2 and a NOx emission level of 0.5 to 3 ppm.
In the embodiments where the pre-distribution device 8 is not present, the gas emerging from tube 72 enters directly into housing 53.
Claims (12)
longitudinale interne (550) dans ledit logement (53), les deux parois (54, 54') de chaque branche (52) se rejoignant pour former un bord longitudinal externe (56), une extrémité avant fermée (57) et une extrémité arrière fermée (57') de ladite branche (52), en ce que chaque branche (52) est percée par une série d'orifices (58) alignés le long de son bord longitudinal externe (56), chaque orifice (58) étant bordé par un rebord (59) qui fait saillie sur la face extérieure (560) dudit bord longitudinal (56) et chaque orifice (58) ayant un axe central (Z2-Z'2) normal à cette face extérieure (560) dudit bord longitudinal (56), en ce que le corps de distributeur (50) est disposé dans la cavité intérieure (20) du corps de brûleur (2) de sorte que chaque orifice (58) du corps de distributeur (50) soit coaxial avec un orifice (21) du corps de brûleur (2), et en ce que le corps de distributeur (50) et le corps de brûleur (2) sont dimensionnés de façon que le diamètre intérieur D2 d'un orifice (21) du corps de brûleur (2) soit supérieur au diamètre extérieur D1 du sommet (590) du rebord (59) d'un orifice (58) du corps de distributeur (50) disposé en regard de ce même orifice (21), de façon qu'il existe un intervalle (27) pour le passage de l'air entre le sommet (561) du bord longitudinal externe (56) de chaque branche (52) et la face intérieure (23') du corps de brûleur (2), et de façon que le sommet (590) du rebord (59) de chaque orifice (58) soit à proximité
immédiate de l'embouchure d'entrée (210) de l'orifice (21) en regard duquel il est placé, de sorte que lorsque le corps de brûleur (2) est raccordé à une source d'alimentation en air et le corps de distributeur (50) à une source d'alimentation en gaz, l'air pénètre dans le corps de brûleur (2), circule entre les branches (52) du corps du distributeur (50) et dans l'intervalle (27) et s'échappe hors du brûleur (1) au travers des rebords (22) du corps de brûleur (2), tandis que le gaz pénètre dans le logement (53) du corps de distributeur (50), circule dans l'espace lamellaire (55) des branches (52) puis au travers des orifices (58) et des rebords (59) de ce corps de distributeur (50) et enfin au travers des rebords (22) du corps de brûleur (2) au sein desquels il rencontre l'air et est mélangé à celui-ci. 1. Surface combustion gas burner (1) explosion-proof and anti-knock, characterized in what it includes a burner body (2) made of metal or refractory material and one gas distributor (5), in that the burner body (2) delimits an interior cavity (20) connectable to a source air supply and has an exterior face (23) and a face indoor (23'), in that the burner body (2) is pierced with a series of orifices (21) of which each one continues by a rim (22), which projects from this exterior face (23) and of which the central axis (Z1-Z'1) is normal to this exterior face (23), these orifices (21) being arranged according to several rows (24) of aligned orifices (21), in that the gas distributor (5) comprises a distributor body (50) which delimits a housing (53) connectable to a gas supply source, in that the distributor body (50) comprises a plurality of branches longitudinal (52) for gas distribution, each branch (52) comprising two walls longitudinal (54, 54 '), spaced from one another so as to define a space between them lamellar longitudinal (55) for gas distribution, which opens at its end internal longitudinal (550) in said housing (53), the two walls (54, 54 ') of each branch (52) joining together to form an outer longitudinal edge (56), a closed front end (57) and an closed rear end (57') of said branch (52), in that each branch (52) is pierced by a series of aligned orifices (58) along its external longitudinal edge (56), each orifice (58) being bordered by a rim (59) which makes projection on the exterior face (560) of said longitudinal edge (56) and each orifice (58) having a central axis (Z2-Z'2) normal to this exterior face (560) of said edge longitudinal (56), in that the distributor body (50) is arranged in the interior cavity (20) of the body of burner (2) so that each orifice (58) of the distributor body (50) either coaxial with an orifice (21) of the burner body (2), and in that the distributor body (50) and the burner body (2) are sized by so that the internal diameter D2 of an orifice (21) of the burner body (2) is greater than external diameter D1 of the top (590) of the rim (59) of an orifice (58) of the body of distributor (50) arranged opposite this same orifice (21), so that it exists a interval (27) for the passage of air between the top (561) of the edge external longitudinal (56) of each branch (52) and the interior face (23') of the burner body (2), and so that the top (590) of the rim (59) of each orifice (58) is close immediate of the inlet mouth (210) of the orifice (21) opposite which it is placed, so that when the burner body (2) is connected to a source air supply and the distributor body (50) to a gas supply source, air enters the burner body (2), circulates between the branches (52) of the distributor body (50) and in the gap (27) and escapes out of the burner (1) through the edges (22) of the body of burner (2), while the gas enters the housing (53) of the body of distributor (50), circulates in the lamellar space (55) of the branches (52) then through the orifices (58) and of the edges (59) of this distributor body (50) and finally through the edges (22) of the body burner (2) within which it meets the air and is mixed with it.
coaxialement à l'intérieur du logement cylindrique (53) du corps de distributeur (50), de façon que son ouverture centrale (800, 810) soit en regard du trou central (71) de la bride (7) et que chacun de ses canaux radiaux (805) débouche dans l'espace lamellaire (55) d'une branche (52) du corps de distributeur (2). 3. Gas burner (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the burner body (2) is formed of a cylindrical shell (200), closed at its rear end (26) by a bottom (3) and whose front end (25) is provided with a front flange (4) connectable to the air supply source, in that the orifices (21) of the burner body (2) are provided in said ferrule (200) of so that the rows (24) of orifices (21) extend axially on this ferrule, in that the distributor body (50) comprises a hollow cylinder (51) which delimits the said housing (53) of this body, this housing (53) being central and cylindrical, in that the longitudinal gas distribution branches (52) extend radially around this cylinder (51), in that the distributor body (50) is closed at its rear end by a bottom (6) and at its front end by a front flange (7), provided with a central hole (71) connectable to the gas supply source, in that the gas distributor (5) comprises a device (8) for pre-gas distribution, which comprises a cylindrical body, provided with a central cylindrical opening axial (800, 810) and several stages (807) of radial channels (805), each radial channel (805) extending from said central opening (800, 810) to the outer surface (803) of said body cylindrical, and in that this device (8) for pre-distributing the gas is arranged coaxially inside of the cylindrical housing (53) of the distributor body (50), so that its opening central (800, 810) is opposite the central hole (71) of the flange (7) and that each of his radial channels (805) open into the lamellar space (55) of a branch (52) of the body of distributor (2).
en ce que le corps de distributeur (50) est formé d'une tôle métallique repliée sur elle-même pour former les branches (52) de distribution de gaz. 8. Gas burner (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the distributor body (50) is formed of a metal sheet folded over itself even to train the gas distribution branches (52).
en ce que l'intervalle (27) pour le passage de l'air présente une hauteur (H2) supérieure ou égale à
0,2 mm. 10. Gas burner (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the gap (27) for the passage of air has a height (H2) greater than or equal to 0.2mm.
en ce que le ratio D2/D1 entre le diamètre intérieur (D2) d'un orifice (21) du corps de brûleur (2) et le diamètre extérieur (D1) du sommet (590) du rebord (59) d'un orifice (58) disposé en regard de ce même orifice (21) est compris entre 1,2 et 4. 11. Gas burner (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio D2/D1 between the internal diameter (D2) of an orifice (21) of the body of burner (2) and the outside diameter (D1) of the top (590) of the rim (59) of an orifice (58) arranged opposite of this same orifice (21) is between 1.2 and 4.
en ce que le gaz est de l'hydrogène. 12. Gas burner (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas is hydrogen.
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