EP0539278A1 - Radiant burner with ceramic screen - Google Patents

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EP0539278A1
EP0539278A1 EP92402855A EP92402855A EP0539278A1 EP 0539278 A1 EP0539278 A1 EP 0539278A1 EP 92402855 A EP92402855 A EP 92402855A EP 92402855 A EP92402855 A EP 92402855A EP 0539278 A1 EP0539278 A1 EP 0539278A1
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EP92402855A
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Patrick Debacque
Jean-Pierre Robin
Philippe Lievoux
Gérard Promonet
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Engie SA
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Gaz de France SA
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    • F24C15/00—Details
    • F24C15/24—Radiant bodies or panels for radiation heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/14—Radiant burners using screens or perforated plates
    • F23D14/148—Radiant burners using screens or perforated plates with grids, e.g. strips or rods, as radiation intensifying means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2211/00—Thermal dilatation prevention or compensation

Abstract

The invention relates to radiant burners of the type comprising at least one radiant plate (1) surrounded by a peripheral fascia (4) and a screen mounted with free clearance in a supporting structure (3) on the utilisation side of this radiant plate. According to the invention, the screen consists of independent isostatic bars made of ceramic (11) which are good heat conductors and form at least one layer of bars, in which said bars are arranged essentially parallel and mounted with play in the supporting structure (3). The invention is intended for heating apparatus. <IMAGE>

Description

L'invention concerne les brûleurs radiants et plus précisément les brûleurs radiants du type comportant au moins une plaque radiante enveloppée par un bandeau périphérique et un écran monté à débattement libre dans une structure porteuse du côté utilisation de cette plaque radiante.The invention relates to radiant burners and more specifically to radiant burners of the type comprising at least one radiant plate surrounded by a peripheral strip and a screen mounted with free movement in a support structure on the use side of this radiant plate.

Grâce à l'écran, il est possible d'augmenter le rendement radiatif du brûleur, en plaquant la flamme sur la céramique constituant la plaque radiante, et aussi en récupérant la chaleur contenue dans les fumées qui s'échappent à haute température, l'écran jouant le rôle d'échangeur de chaleur.Thanks to the screen, it is possible to increase the radiant efficiency of the burner, by placing the flame on the ceramic constituting the radiant plate, and also by recovering the heat contained in the fumes which escape at high temperature, the screen acting as a heat exchanger.

On connaît déjà des brûleurs radiants de ce type, dans lesquels l'écran radiant se présente sous la forme d'une plaque associée à un corps de brûleur pour délimiter une chambre de pré-mélange, tandis qu'un cadre en céramique présentant une structure périphérique interne permettant de recevoir le bord périphérique de la plaque-écran constitue une chambre de combustion isolée de toute partie métallique périphérique ; le cadre en céramique recevant la plaque-écran est en appui contre une bride supérieure du bandeau périphérique, et le bandeau périphérique est solidarisé au corps par un système élastique par exemple à ressorts, en vue de compenser les dilatations. Malgré ces précautions, la plaque-écran, qui est métallique, ne présente pas totalement la fiabilité que l'on pourraît en espérer ; en effet, pour les puissances de chauffe supérieures à 6 ou 7 kw, le métal, porté couramment, lors du fonctionnement du brûleur, à une température de 1 100°C environ, se dégrade lentement, et sa durée de vie est dans ces conditions estimée à environ 2 ans ; comme le brûleur n'est pas aisément démontable, c'est alors la totalité de celui-ci qui doit être changée. Aussi, on a tenté de remplacer les plaques-écrans métalliques connues par des plaques-écrans en céramique, mais ces plaques souffrent du même problème de fiabilité, puisqu'elles cassent même lorsqu'elles sont constituées d'une céramique de haut de gamme. Ainsi, on est limité sur le couple puissance-durée de vie, et le choix d'un compromis est nécessaire.Radiant burners of this type are already known, in which the radiant screen is in the form of a plate associated with a burner body to delimit a premix chamber, while a ceramic frame having a structure internal device for receiving the peripheral edge of the screen plate constitutes a combustion chamber isolated from any peripheral metal part; the ceramic frame receiving the screen plate bears against an upper flange of the peripheral strip, and the peripheral strip is secured to the body by an elastic system, for example with springs, in order to compensate for expansion. Despite these precautions, the screen plate, which is metallic, does not fully exhibit the reliability that one might hope for; in fact, for heating powers greater than 6 or 7 kw, the metal, commonly worn, during the operation of the burner, at a temperature of approximately 1,100 ° C., degrades slowly, and its life is under these conditions estimated to be around 2 years; as the burner is not easily removable, it is then the whole of it which must be changed. Also, we tried to replace known metal screen plates with ceramic screen plates, but these plates suffer from the same reliability problem, since they break even when they are made of high-end ceramic. Thus, we are limited on the power-life couple, and the choice of a compromise is necessary.

L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et concerne à cet effet un brûleur radiant du type comportant au moins une plaque radiante enveloppée par un bandeau périphérique et un écran monté à débattement libre dans une structure porteuse du côté utilisation de cette plaque radiante, l'écran comportant des barreaux en céramique formant au moins une nappe de barreaux dans laquelle lesdits barreaux sont disposés sensiblement parallèles, brûleur caractérisé en ce que les barreaux sont des barreaux isostatiques en céramique bonne conductrice de la chaleur.The invention aims to remedy these drawbacks, and for this purpose relates to a radiant burner of the type comprising at least one radiant plate wrapped by a peripheral strip and a screen mounted with free movement in a support structure on the use side of this plate radiant, the screen comprising ceramic bars forming at least one ply of bars in which said bars are arranged substantially parallel, burner characterized in that the bars are isostatic bars made of ceramic that is good conductor of heat.

Grâce à ces caractéristiques, on atteint des puissances de l'ordre de 10 kw avec une durée de vie des barreaux augmentée par rapport à celle des écrans selon la technique antérieure, et cela en conservant un montage simple et des moyens peu onéreux. Plus précisément, les barreaux, étant isostatiques, peuvent se dilater sans subir de contraintes mécaniques ; de plus, comme ils sont non pas réfractaires, mais au contraire bons conducteurs de la chaleur, ils permettent le transfert de la chaleur de l'arrière du brûleur vers l'avant, ce qui permet de maximaliser le rayonnement émis par le brûleur et ainsi d'abaisser la température des barreaux pour une puissance entrante identique et de mieux récupérer la chaleur sur les gaz chauds sortant du brûleur.Thanks to these characteristics, powers of the order of 10 kw are reached with a lifespan of the bars increased compared to that of screens according to the prior art, and this while retaining a simple assembly and inexpensive means. More specifically, the bars, being isostatic, can expand without being subjected to mechanical stresses; moreover, as they are not refractory, but on the contrary good conductors of heat, they allow the transfer of heat from the rear of the burner towards the front, which makes it possible to maximize the radiation emitted by the burner and thus lower the temperature of the bars for an identical incoming power and better recover the heat from the hot gases leaving the burner.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une forme de réalisation préférentielle de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée sur les dessins ci-joints dans lesquels :

  • la figure 1 est une section transversale selon un plan médian, d'un brûleur selon l'invention, et
  • la figure 2 est une section transversale selon le plan référencé II-II sur la figure 1.
Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows follow from a preferred embodiment of the invention given by way of nonlimiting example and illustrated in the attached drawings in which:
  • FIG. 1 is a cross section along a median plane of a burner according to the invention, and
  • FIG. 2 is a cross section along the plane referenced II-II in FIG. 1.

Le brûleur radiant représenté sur les figures comporte de manière connue une plaque radiante 1 montée, du côté de l'une de ses faces, contre un corps de brûleur 2, et du côté de la face opposée, contre une structure porteuse telle qu'un cadre en céramique 3 ; elle est entourée par un bandeau périphérique 4 fixé au corps de brûleur par des ressorts 6 prenant appui contre des zones planes prévues du côté du brûleur qui est opposé à la plaque radiante.The radiant burner shown in the figures comprises in a known manner a radiant plate 1 mounted, on the side of one of its faces, against a burner body 2, and on the side of the opposite face, against a support structure such as a ceramic frame 3; it is surrounded by a peripheral strip 4 fixed to the burner body by springs 6 bearing against flat areas provided on the side of the burner which is opposite to the radiant plate.

Le corps de brûleur 2 est en forme de coupelle dont l'évidement 7 est naturellement du côté de la plaque radiante ; dans cet évidement, est logé un déflecteur 8 fixé au corps de brûleur ; le pourtour de l'évidement 7 est appliqué contre la plaque radiante 1 par l'intermédiaire d'une garniture 9 plate, en forme de couronne circulaire ; le positionnement du cadre 3 par rapport à la plaque radiante 1 est assuré par des zones en gradin prévues en regard dans ces deux pièces.The burner body 2 is cup-shaped, the recess 7 of which is naturally on the side of the radiant plate; in this recess is housed a deflector 8 fixed to the burner body; the periphery of the recess 7 is applied against the radiant plate 1 by means of a flat lining 9, in the form of a circular crown; the positioning of the frame 3 relative to the radiant plate 1 is ensured by stepped zones provided opposite in these two parts.

Le cadre en céramique 3 comporte lui-même, dans sa face interne, des logements 12 de solidarisation pour un écran.The ceramic frame 3 itself has, in its internal face, housings 12 for securing a screen.

Selon l'invention, cet écran est constitué de barreaux isostatiques 13 en céramique disposés sensiblement parallèles, du côté et à distance de la face de la plaque radiante 1 qui est opposée au corps de brûleur 2.According to the invention, this screen consists of ceramic isostatic bars 13 arranged substantially parallel, on the side and at a distance from the face of the radiant plate 1 which is opposite to the burner body 2.

A cet effet, les barreaux 13 sont indépendants et leurs extrémités opposées sont montées avec un jeu dans leur logement respectif du cadre de telle sorte qu'ils puissent se dilater sans subir de contraintes mécaniques de compression dues à l'exiguïté de ce logement.For this purpose, the bars 13 are independent and their opposite ends are mounted with a play in their respective housing of the frame so that they can expand without being subjected to mechanical compressive stresses due to the small size of this housing.

Alors qu'il aurait semblé naturel de mettre en oeuvre des barreaux en matière réfractaire, la céramique utilisée est une céramique non oxyde, par exemple un carbure de silicium ou un nitrure de silicium, qui sont des matériaux bon conducteurs de la chaleur, suffisamment émissifs, et dont la tenue aux hautes températures et aux chocs thermiques est excellente ; la bonne émissivité des barreaux permet de maximaliser le rayonnement émis par le brûleur, et ainsi d'abaisser la température d'équilibre de ces barreaux pour une puissance entrante identique et de mieux récupérer la chaleur sur les gaz chauds sortant du brûleur.While it would have seemed natural to use refractory bars, the ceramic used is a non-oxide ceramic, for example a silicon carbide or a silicon nitride, which are materials which are good conductors of heat, which are sufficiently emissive. , and whose resistance to high temperatures and thermal shock is excellent; the good emissivity of the bars makes it possible to maximize the radiation emitted by the burner, and thus to lower the equilibrium temperature of these bars for an identical incoming power and to better recover the heat from the hot gases leaving the burner.

Dans ces conditions de bon échange thermique entre le brûleur et l'extérieur, pour une puissance de 10 kw, la température atteint 1 300°C, et la durée de vie de l'écran est sensiblement supérieure à 2 ans.Under these conditions of good heat exchange between the burner and the outside, for a power of 10 kw, the temperature reaches 1,300 ° C., and the life of the screen is significantly greater than 2 years.

Pour des raisons de facilité de montage, le cadre 3 peut avantageusement se réduire à une structure porteuse à deux côtés parallèles, puisque l'entretoisement de ces deux côtés est de toute manière assuré par les barreaux 13 disposés en nappe perpendiculairement à ces côtés, sensiblement sur un même plan parallèle à la plaque radiante ; dans ce cas, pour éviter un courant d'air parallèle aux côtés en question, entre ceux-ci, la plaque radiante, et les barreaux 13, les barreaux d'extrémité sont de préférence disposés plus proches du plan de la plaque radiante dans lequel s'étend la face de celle-ci qui est en regard des barreaux ; ainsi, si la distance entre les barreaux et la plaque radiante est sensiblement égale au diamètre des barreaux, les barreaux d'extrémité sont approximativement axés à mi-distance du plan de la face inférieure de la plaque.For reasons of ease of assembly, the frame 3 can advantageously be reduced to a support structure with two parallel sides, since the bracing of these two sides is in any case ensured by the bars 13 arranged in a sheet perpendicular to these sides, substantially on the same plane parallel to the radiant plate; in this case, to avoid a current of air parallel to the sides in question, between these, the radiant plate, and the bars 13, the end bars are preferably arranged closer to the plane of the radiant plate in which extends the face thereof which is opposite the bars; thus, if the distance between the bars and the radiant plate is substantially equal to the diameter of the bars, the end bars are approximately centered halfway from the plane of the underside of the plate.

Comme on l'a vu, les barreaux ont notamment une fonction d'échangeur de chaleur, et l'on cherche grâce à eux à convertir le maximum d'énergie du gaz en énergie rayonnée. Or, il est apparu que des barreaux dont la section présente un contour circulaire (pleins ou tubulaires) sont particulièrement intéressants et que le rayonnement et le rendement sont d'autant plus élevés que le diamètre des barreaux est faible ; la limite est naturellement due à la fragilité qui en résulte ; il semble que la plage acceptable soit celle des diamètres allant de 2 à 10 mm, avec un meilleur compromis pour 5 à 6 mm (en particulier 5,6 mm) ; il semble aussi que la plage la plus avantageuse pour les entr'axes entre les barreaux soit telle que la distance entre les barreaux soit comprise entre 10 à 40% de leur entr'axes, avec un optimum vers 22% (ce qui correspond à un entr'axes de 7,2 mm pour un diamètre de 5,6 mm). C'est alors que l'on obtient un maximum de rendement de la puissance rayonnée par l'appareil.As we have seen, the bars have in particular a function of heat exchanger, and we seek thanks to them to convert the maximum energy of the gas into radiated energy. However, it appeared that bars whose section has a circular contour (solid or tubular) are particularly interesting and that the radiation and the yield are higher the smaller the diameter of the bars; the limit is naturally due to the resulting fragility; it seems that the acceptable range is that of diameters ranging from 2 to 10 mm, with a better compromise for 5 to 6 mm (in particular 5.6 mm); it also seems that the most advantageous range for the centers between the bars is such that the distance between the bars is between 10 to 40% of their centers, with an optimum around 22% (which corresponds to a center distance of 7.2 mm for a diameter of 5.6 mm). It is then that a maximum efficiency of the power radiated by the device is obtained.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation ci-dessus décrite et représentée, et on pourra en prévoir d'autres formes sans sortir de son cadre. On pourra par exemple prévoir qu'au lieu que les barreaux forment une nappe de barreaux dans laquelle ceux-ci sont disposés sensiblement parallèles, surmontée de deux autres barreaux parallèles à ceux de la nappe, les barreaux soient disposés en plusieurs nappes dans lesquelles tous les barreaux sont parallèles entre eux et disposés par exemple en quinconce, ou encore en plusieurs nappes dans chacune desquelles les barreaux sont parallèles, mais avec une direction différente d'une nappe à l'autre.Of course, the invention is not limited to the embodiment described above and shown, and other forms can be provided without departing from its scope. We could for example provide that instead of the bars forming a ply of bars in which these are arranged substantially parallel, surmounted by two other bars parallel to those of the ply, the bars are arranged in several plies in which all the bars are parallel to each other and arranged for example in staggered rows, or even in several plies in each of which the bars are parallel, but with a different direction from one ply to another.

Claims (10)

1 - Brûleur radiant du type comportant au moins une plaque radiante (1) enveloppée par un bandeau périphérique (4) et un écran monté à débattement libre dans une structure porteuse (3) du côté utilisation de cette plaque radiante, l'écran comportant des barreaux en céramique (11) formant au moins une nappe de barreaux dans laquelle lesdits barreaux sont disposés sensiblement parallèles, brûleur caractérisé en ce que les barreaux sont des barreaux isostatiques en céramique bonne conductrice de la chaleur. 1 - Radiant burner of the type comprising at least one radiant plate (1) enveloped by a peripheral strip (4) and a screen mounted with free movement in a support structure (3) on the use side of this radiant plate, the screen comprising ceramic bars (11) forming at least one ply of bars in which said bars are arranged substantially parallel, burner characterized in that the bars are isostatic bars made of ceramic that is good conductor of heat. 2 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barreaux (11) sont indépendants, et leurs extrémités opposées montées avec un jeu dans ladite structure porteuse (3). 2 - Burner according to claim 1, characterized in that the bars (11) are independent, and their opposite ends mounted with a clearance in said support structure (3). 3 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran comporte plusieurs barreaux (11) disposés en nappe parallèlement à la plaque radiante (1). 3 - Burner according to claim 1, characterized in that the screen comprises several bars (11) arranged in a sheet parallel to the radiant plate (1). 4 - Brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écran comporte des barreaux d'extrémité plus proches que les autres barreaux du plan de la plaque radiante (1) dans lequel s'étend une face de celle-ci qui est en regard des barreaux (11). 4 - Burner according to claim 3, characterized in that the screen comprises end bars closer than the other bars of the plane of the radiant plate (1) in which extends a face thereof which is in gaze of the bars (11). 5 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barreaux (11) sont en céramique non oxyde. 5 - Burner according to claim 1, characterized in that the bars (11) are made of non-oxide ceramic. 6 - Brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les barreaux (11) sont en carbure de silicium. 6 - Burner according to claim 5, characterized in that the bars (11) are made of silicon carbide. 7 - Brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les barreaux (11) sont en nitrure de silicium. 7 - Burner according to claim 5, characterized in that the bars (11) are made of silicon nitride. 8 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barreaux (11) ont une section droite transversale à contour circulaire. 8 - Burner according to claim 1, characterized in that the bars (11) have a cross section with a circular outline. 9 - Brûleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les barreaux (11) ont un diamètre compris entre 2 et 10 mm. 9 - Burner according to claim 8, characterized in that the bars (11) have a diameter between 2 and 10 mm. 10 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barreaux (11) sont disposés en plusieurs nappes dans lesquelles les directions des barreaux sont différentes. 10 - Burner according to claim 1, characterized in that the bars (11) are arranged in several layers in which the directions of the bars are different.
EP92402855A 1991-10-25 1992-10-19 Radiant burner with ceramic screen Withdrawn EP0539278A1 (en)

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