EP0840061A1 - Dispositif d'accrochage de flammes pour brûleur à gaz et brûleur muni d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif d'accrochage de flammes pour brûleur à gaz et brûleur muni d'un tel dispositif Download PDF

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EP0840061A1
EP0840061A1 EP97402491A EP97402491A EP0840061A1 EP 0840061 A1 EP0840061 A1 EP 0840061A1 EP 97402491 A EP97402491 A EP 97402491A EP 97402491 A EP97402491 A EP 97402491A EP 0840061 A1 EP0840061 A1 EP 0840061A1
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EP
European Patent Office
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rings
spacer
ring
burner
diameter
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EP97402491A
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German (de)
English (en)
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EP0840061B1 (fr
Inventor
William Guerin
Valérie Bosso
Bernard Verbeke
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Engie SA
Original Assignee
Gaz de France SA
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Publication date
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    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48Nozzles
    • F23D14/58Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F23D14/583Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration of elongated shape, e.g. slits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D14/02Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
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    • F23D2203/1012Flame diffusing means characterised by surface shape tubular
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D2212/00Burner material specifications
    • F23D2212/20Burner material specifications metallic
    • F23D2212/201Fibres
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00019Outlet manufactured from knitted fibres

Definitions

  • the field of the invention is that of fastening devices for flames usable in particular on a cylindrical gas mixture burner.
  • These devices are generally made of various materials such as than ceramic or metal, and are finely perforated with size holes and suitable distribution to allow the passage of gases and a the most homogeneous combustion possible. They are typically arranged in the burner, between the mixture distribution and combustion chambers that they separate.
  • the invention therefore relates to a device for hooking flames allowing to provide a solution to at least some of these disadvantages, while keeping manufacturing conditions at low cost.
  • the solution consists of a flame hanging device for a gas mixture burner comprising in its structure a network of flexible metallic wire (s) interleaved for circulation through it of said gases, characterized in that it has the shape of a ring.
  • a first additional consideration focused on the ease of manufacture of said flame hanging device. Indeed, it is more difficult to make a thick ring (30 mm and more) than a thin ring. However, the device must be able to adapt to large burners (collective heating).
  • the solution recommended is to axially superimpose at least two rings, preferences with the same dimensions (internal diameter, external diameter and thickness), in order to obtain an annular device of the dimension desired.
  • a second consideration was to improve the aeration flexibility (variation of the air factor n) and the stability of the flame, to limit the manufacturing costs and to overcome the problem of separation of the flame in the case of strong aeration. for axially superimposed rings.
  • the solution adopted proposes to insert, between two consecutive rings, an annular spacer made of non-porous metallic material preferably resistant to temperatures above 1000 ° C.
  • said spacer will have an internal diameter substantially identical to the internal diameter of the ring. In this way, an additional heating surface is freed between each ring, which makes it possible to reduce the number of rings, more expensive to manufacture than the annular spacers.
  • this insertion of spacers allows better flame control.
  • annular spacers have the effect of clearly improving the distribution of the flame front and the ventilation flexibility (variation of the air factor n ) by creating what is called an "inter-ignition" of the flames between them.
  • the dimensions of the annular spacers are optimally defined, and in particular as a function of the dimensions of the ring, the two gas flows meet and form a pilot flame parallel to the main flame.
  • This pilot flame develops at the outlet of the groove and is detached from the edge of the spacer in order to obtain a homogeneous flame front with inter-ignition of the flames.
  • the respective dimensions of the rings and the annular spacers are defined to optimize the stabilization of the main flame by the pilot flame, while retaining good inter-ignition.
  • the thickness of the spacer annular will be less than the thickness of the ring, the difference between the external radius and the internal radius of the annular spacer will be substantially equal to its thickness (substantially square or rectangular section), and the difference between the outer diameter of the ring and the outer diameter of the annular spacer will be substantially equal to the thickness of the spacer annular.
  • the best flame control the better flame front stability and maximum ventilation flexibility, while having low emissions of harmful or polluting gases.
  • a fourth consideration focused on solving the problem piloting the first (upstream) and the last (downstream) ring of the stack.
  • the solution is to partially seal, preferably in a 4/5 ratio, the peripheral surface of these two rings where the flame develops main to release only one piloting area (representing the fraction a fifth remaining).
  • the solution is to have the hanging device on the downstream ring flame, a non-porous circular blanking plate made of material resistant to high temperatures (above 1000 ° C).
  • the blanking plate will have an external diameter substantially equal to the diameter outer of a ring and a thickness such that it does not curl under the effect heat.
  • the invention is proposes to solve the problem of the removable fixing of the device hanging flames on the burner.
  • These removable fastening means preferably have the form of a threaded rod axially passing through the flame attachment device and connected to the burner by lugs and to the blanking plate with a nut.
  • These means may also be made up several threaded rods arranged on an imaginary circle, the diameter will be close to the internal diameter of the device and coming to connect directly the burner to the cover plate (without legs).
  • these means may still be placed outside the device and take the form of flanges.
  • a sixth consideration was concerned with the centering of the ring (s) and annular spacer (s) to obtain a perfectly axially aligned stack.
  • the solution is to provide the annular spacer of centering pins, preferably at least eight, staggered on either side of the thickness of the spacer.
  • These lugs are integral, in particular by welding, with the internal walls of the spacer and are distributed around the internal periphery thereof, preferably at 90 ° from each other.
  • the invention also relates to a cylindrical burner of the type general gas mixture, comprising a distribution chamber of the mixture supplied with combustion air and combustible gas, communicating with a combustion chamber, with interposition between them of the device according to the invention.
  • the device of the invention can be used in particular for domestic burners (of a few tens of kilowatts of power nominal), for example with total air / gas premix and blue flame, making possible in particular a large power modulation, which can, for example, range from about 5 to 25 kilowatts, or a modulation of power of 1: 5.
  • the device of the invention can also be used for collective boilers (a few hundred kilowatts of power nominal) by adapting the size of the burner to the required power. In these different cases, the outer diameter of the rings will be chosen according to the size of the combustion chamber.
  • this device for hooking flames for gas mixture burner, according to the invention, identified in as a whole by the reference 1.
  • this device in the form of a ring 2, here perfectly circular, of diameter external D2, with internal diameter d2 and thickness E2, and has an axis main or normal axis symbolized by the letters yy '.
  • This type of ring is manufactured and sold by the company TISSMETAL (Reims, FRANCE). It's clear that the ring can take all possible forms (square, triangle, star, ellipse ...) along a plane P perpendicular to its normal axis yy ', the shape circular (both on its external and internal perimeter) being preferred.
  • the device 1 comprises, in its constitution, a network of flexible metallic wire (s), with interlaced parts, leaving between it passages 4 (or openings) formed by the meshes "knitting" and through which the gases will circulate. It is quite possible to make the network with intertwined parts by knitting one (or more) yarn (s) or by weaving several threads perpendicular to each other (weft threads) by compared to the others (son of chain). This network of wire (s), or interlacing, is presented here as a knitted work consisting of at least one thread.
  • this knitted work is made with a single yarn 6 made up of a flexible metallic material which is easy to knit, such as for example "304L" stainless steel from 1 to 3 tenths of a millimeter in diameter.
  • a flexible metallic material which is easy to knit
  • the material used to make the device should preferably keep its characteristics (mechanical in particular) until high temperatures, from around 1000 ° C to 1200 ° C.
  • FIG. 3 shows a variant of the invention in which the device consists of several identical circular rings 2, superimposed on each other along a main axis of symmetry yy ' (also called stacking axis).
  • This configuration provides a device 1 of greater thickness, which would be difficult to achieve with single piece.
  • Figure 4 shows an alternative embodiment of the device flame attachment 1 in which we find inserted between two 2 consecutive rings, an annular spacer 20 made of a material non-porous metal.
  • This spacer 20 has an internal diameter d20 substantially equal to the internal diameter d2 of the ring 2 and a diameter outer D20 smaller than the outer diameter D2 of said ring 2.
  • the dimensions of this annular spacer 20 are very important.
  • the spacer 20 is preferably provided with several means 21 for centering the rings 2, taking the form of lugs (21a, 21b, ...) welded on either side of the thickness E20 thereof on its internal diameter d20.
  • FIG. 5 shows, seen from above, a spacer 20 provided with eight centering pins (21a, 21b, ...) divided into two groups of four pins arranged on either side of the thickness E20 thereof, preferably arranged at 90 °, the two groups being staggered (45 ° offset) one relative to each other as shown.
  • Each group of four centering means defines a virtual ring of external diameter D21 substantially equal to the internal diameter d20 of the spacer 20 and the diameter internal d2 of ring 2 so that it comes to center on the spacer 20.
  • the thickness E21 of these pins will be small, of the order of a few millimeters, so as to create a good centering without interfering with the circulation of gases through passages 4 of the device 1.
  • the internal diameter d21 of the two virtual rings defined by lugs 21a and 21b will be slightly smaller than the external diameter D21 to avoid excessive disturbance the gas flow.
  • Figure 6 shows the covering means 132 and 232 of a upstream ring 102 and a downstream ring 202, the latter being the last ring of the stack or the ring arranged furthest downstream with respect to the direction of gas circulation, symbolized by the letters AM (upstream) and AV (downstream).
  • AM upstream
  • AV downstream
  • These covering means 132 and 232 become useless.
  • These recovery means 132 and 232 consist of by a first strapping 132 disposed around the upstream ring 102, and a second strapping 232 disposed around the downstream ring 202.
  • each strapping 132 and 232 will have a thickness E132 and E232 such that it will cover approximately four-fifths (4/5) of the thickness of each upstream 102 and downstream 202 rings so as to allow good steering of flame.
  • These straps 132 and 232 will have an internal diameter d132 and d232 slightly greater than the outer diameter D2 of the rings 102 and 202, and a external diameter D132 and D232 slightly greater than their internal diameter d132 and d232. They will also be made of a non-porous material preferably resistant to temperatures above 1000 ° C.
  • Figure 6 also shows the sealing means 24 and fixing 25 of the flame attachment device 1, in an alternative embodiment where the device 1 is made up of several rings 2 and several spacers 20 inserted between two consecutive rings 2 (by measuring clarity, a single spacer 20 is shown between a ring 2 and the ring downstream 202).
  • These shutter means 24 consist of a plate terminal 26 circular and solid, preferably resistant to temperatures higher than 1000 ° C.
  • This end plate 26 is disposed on the ring downstream 202 and is fixed, for example by welding, by means of covering 232 of the downstream ring 202. In this way, the gases are forced to pass to the through the flame attachment device 1, therefore through the passages 4 defined by the compressed mesh of knitted yarn (s).
  • the diameter D26 of the end plate 26 will preferably be substantially equal to the external diameter D2 of the downstream ring 202, and its thickness E26 will be sufficient to prevent the end plate 26 from curling under the effect of the heat.
  • the fixing means 25 are represented by a threaded rod 27 passing axially through the center of the flame catching device 1 and the end plate 26, legs 28 and 29 which are fixed on the burner and a nut 30 coming to tighten the end plate 26 on the burner 80.
  • the rings 2 are slightly compressed between the end plate 26 and the burner 80, and are fixed thereto removable.
  • the flame attachment device 1 can therefore be easily replaced, or even a single ring 2 or a single spacer 20.
  • FIG. 7 there is shown a device 1, mounted in a known type of burner, referenced in its together in 80, such as a domestic premix burner total and blue flame.
  • This burner 80 essentially comprises a distribution 81, which has the general shape of a truncated cone box, substantially circular section, connected at its most rear side narrow 81a to separate supply lines 83, 84 respectively combustion air and combustible gas.
  • the acronyms AM and AV allow to locate the "upstream” and “downstream” sides of the burner respectively, with reference to the circulation of the combustible mixture, in the burner, such as shown diagrammatically by arrows 87, 87 'and 88.
  • This distribution chamber 81 is separated from a combustion chamber 82, on its front face, by the device flame attachment 1.
  • this device is under the form of several superimposed rings 2 and fixed to the burner 80 by fastening means 25 such as a threaded rod 27, tabs 28 and 29 and a nut 30.
  • the flame catching device 1 is closed, on a ring downstream 202, by a rigid non-porous plate 26 through which can insert the threaded rod 27.
  • the ring downstream 202 is formed by this single ring 2 and the end plate 26 is disposed on this ring 2.
  • the pipe 84 fuel gas supply line meets the supply line 83 air just upstream of the distribution chamber (at 85).
  • the ignition of the burner is ensured by an electrode 97 suitably insulated and supplied with high voltage by a cable power supply not shown, ignition taking place by sparks or arc between the tip 97a of the electrode and, for example, the neighboring wall a spacer or a ring.
  • the air factor ( n ) obtained in a gas burner with a nominal power of 25 kW fitted with the device according to the invention varies from 1.15 to 1.45 without an annular spacer, and from 1.16 to 1 , 62 with annular spacer, while it varies from 1 to 1.29 for a standard burner with a nominal power of 31 kW.
  • FIG. 8 shows, in detail, the flame front obtained by the assembly consisting of flame attachment device and the burner associated with FIG. 7.
  • a groove 40 making the device tour is defined, opposite the spacer 20.
  • These jets are parallel to the axis yy 'and are directed towards each other. If the dimensions of the spacer are correct chosen, then these two gas jets will meet in throat 40 and create a pilot flame F 'perpendicular to the axis yy' and detached from the slice of the spacer.
  • This pilot flame F ensures the stabilization and the homogeneity of the flame front F, avoiding any rupture thereof in ring / spacer contact areas. It develops as much flame pilot F 'that there is a spacer. Preferably, there will be no spacer between the burner and the upstream ring 102, nor beyond the downstream ring 202. Thanks to the additional space freed up between the rings 2 by the spacers 20, we can thus reduce the number of rings, which is favorable for the reduction the cost of the burner.

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Abstract

L'invention se rapporte à brûleur (80) à mélange de gaz équipé d'un dispositif d'accrochage de flamme (1) .
Ce dispositif comprend, dans sa structure, un réseau comprimé de fil(s) métallique(s) souple(s) entrelacé(s) pour la circulation à travers elle desdits gaz, et a la forme d'un anneaux (2), caractérisé en ce qu'il est constitué d'un empilement sensiblement coaxial d'au moins deux dits anneaux (2).
Un tel dispositif peut notamment être utilisée pour être monté sur des brûleurs domestiques cylindriques.

Description

Le domaine de l'invention est celui des dispositifs d'accrochage de flammes utilisables notamment sur un brûleur cylindrique à mélange de gaz.
On connaít déjà des dispositifs de ce type sur lesquels on cherche à stabiliser les flammes produites, de manière à favoriser leur développement le plus homogène possible. D'autres expressions désignent aussi ces dispositifs, telles que "plaques d'accrochage de flamme" ou "grilles de combustion".
Ces dispositifs sont généralement réalisés en matériaux divers tels que des céramiques ou du métal, et sont finement perforés d'orifices de taille et de répartition convenables pour permettre le passage des gaz et une combustion la plus homogène possible. Ils sont typiquement disposés dans le brûleur, entre les chambres de répartition du mélange et de combustion qu'ils séparent.
Parmi les inconvénients qui ont pu être constatés sur de tels dispositifs dans les brûleurs de l'art antérieur, on peut noter :
  • la stabilisation des flammes par ces dispositifs n'est pas toujours satisfaisante. Il peut y avoir des retours de flammes dans la chambre de répartition du mélange, des flammes trop décollées du dispositif qui viennent chauffer les parois de la chambre de combustion, ou des flammes trop collées au dispositif portant celui-ci au rouge,
  • la production de gaz nocifs ou polluants (oxyde de carbone, oxydes d'azote) est souvent trop importante,
  • la structure même de ces dispositifs rend difficile une modulation importante de la puissance des brûleurs,
  • l'inter-allumage des flammes est très faible, voire nulle,
  • l'adaptation de ces dispositifs à des brûleurs cylindrique est difficile, chère et peu efficace.
L'invention a donc pour objet un dispositif d'accrochage de flammes permettant d'apporter une solution à une partie au moins de ces inconvénients, tout en conservant des conditions de fabrication à faible coût.
La solution consiste en un dispositif d'accrochage de flammes pour brûleur à mélange de gaz comprenant dans sa structure un réseau de fil(s) métallique(s) souple(s) entrelacé(s) pour la circulation à travers lui desdits gaz, caractérisée en ce qu'il a la forme d'un anneau.
Bien que le terme "entrelacé" fasse référence aussi bien à un réseau tricoté (à un ou plusieurs fils) du type de celui décrit dans la demande de brevet européen n° EP-94 401 586.6, qu'à un réseau tissé du type de celui décrit dans le brevet JP-A-58 205 012, il est conseillé d'utiliser de préférence un réseau tricoté qui permet notamment, en raison de sa structure maillée, un passage sensiblement uniforme des gaz sur toute la surface du dispositif, avec un étalement régulier de la flamme et une bonne porosité, permettant de réduire les pertes de charge et les émissions de gaz nocifs ou polluants.
Une première considération complémentaire s'est intéressée à la facilité de fabrication dudit dispositif d'accrochage de flammes. En effet, il est plus difficile de fabriquer un anneau d'épaisseur élevée (30 mm et plus) qu'un anneau de faible épaisseur. Or, le dispositif doit pouvoir s'adapter sur des brûleurs de grandes dimensions (chauffage collectif). La solution préconisée est de superposer axialement au moins deux anneaux, de préférences ayant les mêmes dimensions (diamètre interne, diamètre externe et épaisseur), afin d'obtenir un dispositif annulaire de la dimension souhaitée.
Une seconde considération a été d'améliorer la souplesse en aération (variation du facteur d'air n) et la stabilité de la flamme, de limiter les coûts de fabrication et de pallier le problème de décollement de la flamme dans le cas de fortes aérations pour des anneaux superposés axialement. La solution retenue propose d'insérer, entre deux anneaux consécutifs, une entretoise annulaire en matériau métallique non poreux résistant de préférence à des températures supérieures à 1000°C. De préférence, ladite entretoise aura un diamètre interne sensiblement identique au diamètre interne de l'anneau. De cette façon, on libère entre chaque anneau une surface de chauffe supplémentaire, ce qui permet de diminuer le nombre d'anneaux, plus coûteux à fabriquer que les entretoises annulaires. De plus, cette insertion d'entretoises permet un meilleur pilotage de flamme. Ces entretoises annulaires ont pour effet d'améliorer nettement la répartition du front de flamme et la souplesse en aération (variation du facteur d'air n) en créant ce que l'on appelle un "inter-allumage" des flammes entre elles. L'ajout d'une entretoise annulaire entre deux anneaux adjacents, dont le diamètre externe sera inférieur au diamètre externe de l'anneau afin de créer une gorge annulaire, créé deux zones de pilotage de part et d'autre de chaque anneau. Sur chacune de ces deux zones, sort un flux de gaz perpendiculaire à la flamme principale qui émerge sur le pourtour externe de l'entretoise, à la sortie de la gorge. Quand les dimensions des entretoises annulaires sont définies de façon optimale, et notamment en fonction des dimensions de l'anneau, les deux flux de gaz se rencontrent et forment une flamme pilote parallèle à la flamme principale. Cette flamme pilote se développe à la sortie de la gorge et est décollée de la tranche de l'entretoise afin d'obtenir un front de flamme homogène avec inter-allumage des flammes. Les dimensions respectives des anneaux et des entretoises annulaires sont définies optimiser la stabilisation de la flamme principale par la flamme pilote, tout en conservant un bon inter-allumage.
Une troisième considération s'est intéressée aux performances du dispositif d'accrochage de flammes (stabilité et homogénéité de la flamme, inter-allumage), qui dépendent en grande partie des dimensions respectives des anneaux et des entretoises. De préférence, l'épaisseur de l'entretoise annulaire sera inférieure à l'épaisseur de l'anneau, la différence entre le rayon externe et le rayon interne de l'entretoise annulaire sera sensiblement égale à l'épaisseur de celle-ci (section sensiblement carrée ou rectangulaire), et la différence entre le diamètre externe de l'anneau et le diamètre externe de l'entretoise annulaire sera sensiblement égal à l'épaisseur de l'entretoise annulaire. De cette façon, on obtient le meilleur pilotage de flamme, la meilleure stabilité du front de flamme et une souplesse d'aération maximale, tout en ayant de faibles rejets de gaz nocifs ou polluants.
Une quatrième considération s'est attachée à résoudre le problème du pilotage du premier (amont) et du dernier (aval) anneau de l'empilement. La solution consiste à obturer en partie, de préférence dans un rapport 4/5, la surface périphérique de ces deux anneaux où se développe la flamme principale pour ne libérer qu'une zone de pilotage (représentant la fraction un cinquième restante).
Une cinquième considération s'est attachée à résoudre le problème de l'obturation du dispositif d'accrochage de flammes à son extrémité aval. La solution consiste à disposer, sur l'anneau aval du dispositif d'accrochage de flammes, une plaque d'obturation circulaire non poreuse en matériau résistant à de hautes températures (supérieures à 1000°C). De préférence, la plaque d'obturation aura un diamètre externe sensiblement égal au diamètre externe d'un anneau et une épaisseur telle qu'elle ne gondole pas sous l'effet de la chaleur.
En rapport avec cette cinquième considération, l'invention se propose de résoudre le problème de la fixation amovible du dispositif d'accrochage de flammes sur le brûleur. Ces moyens de fixation amovible auront de préférence la forme d'une tige filetée traversant axialement le dispositif d'accrochage de flammes et reliée au brûleur par des pattes et à la plaque d'obturation par un écrou. Ces moyens pourront aussi être constitués de plusieurs tiges filetées disposées sur un cercle imaginaire dont le diamètre sera proche du diamètre interne du dispositif et venant relier directement le brûleur à la plaque d'obturation (sans pattes). Enfin, ces moyens pourront encore être disposés à l'extérieur du dispositif et prendre la forme de brides.
Une sixième considération s'est intéressée au centrage du (des) anneau(x) et de la (des) entretoise(s) annulaire(s) pour obtenir un empilement parfaitement aligné axialement. La solution consiste à munir l'entretoise annulaire d'ergots de centrage, de préférence au moins huit, disposés en quinconce de part et d'autre de l'épaisseur de l'entretoise. Ces ergots sont solidaires, notamment par soudage, des parois interne de l'entretoise et sont répartis sur le pourtour interne de celle-ci, de préférence à 90° l'une de l'autre.
L'invention concerne également un brûleur cylindrique du type général à mélange de gaz, comprenant une chambre de répartition du mélange alimentée en air comburant et en gaz combustible, communiquant avec une chambre de combustion, avec interposition entre elles du dispositif selon l'invention.
Le dispositif de l'invention pourra être utilisé en particulier pour des brûleurs domestiques (de quelques dizaines de kilowatts de puissance nominale), par exemple à prémélange air/gaz total et à flamme bleue, rendant possible notamment une grande modulation en puissance, laquelle peut, par exemple, aller d'environ 5 à 25 kilowatts, soit une modulation de puissance de 1 : 5. Le dispositif de l'invention pourra aussi équiper des chaudières collectives (quelques centaines de kilowatts de puissance nominale) en adaptant la taille du brûleur à la puissance requise. Dans ces différents cas, le diamètre externe des anneaux sera choisi en fonction de la taille de la chambre de combustion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront encore de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples, et dans lesquels :
  • la figure 1 montre en perspective un dispositif d'accrochage de flammes conforme à l'invention ;
  • la figure 2 montre un détail de réalisation du réseau tricoté de la figure 1, à l'endroit du repère III de cette figure;
  • la figure 3 montre, en perspective éclatée, un dispositif d'accrochage de flammes constitué de plusieurs anneaux circulaires;
  • la figure 4 montre, vue en coupe, le dispositif d'accrochage de flammes de la figure 6 muni d'entretoises annulaires insérées entre deux anneaux consécutifs;
  • la figure 5 est une vue du dessus de la figure 4 représentant une entretoise munie de ses moyens de centrage;
  • la figure 6 montre en demi-vue éclatée en perspective les moyens de fixation d'obturation et de recouvrement du ou des anneaux du dispositif;
  • la figure 7 montre, en coupe verticale médiane, une utilisation possible du dispositif de l'invention, sur un brûleur à gaz;
  • la figure 8 montre un détail de la figure 7 représentant un front de flamme obtenu avec les entretoises;
En se référant à la figure 1, on voit un dispositif d'accrochage de flammes pour brûleur à mélange de gaz, conforme à l'invention, repéré dans son ensemble par la référence 1. De préférence sensiblement plan, ce dispositif a la forme d'un anneau 2, ici parfaitement circulaire, de diamètre externe D2, de diamètre interne d2 et d'épaisseur E2, et possède un axe principal ou axe normal symbolisé par les lettres yy'. Ce type d'anneau est fabriqué et vendu par la société TISSMETAL (Reims, FRANCE). Il est clair que l'anneau peut prendre toutes les formes possibles (carrée, triangle, étoile, ellipse...) selon un plan P perpendiculaire à son axe normal yy', la forme circulaire (aussi bien sur son périmètre externe qu'interne) étant préférée.
Sur la figure 2, on voit que le dispositif 1 comprend, dans sa constitution, un réseau de fil(s) métallique(s) souple(s), à parties entrelacées, ménageant entre lui des passages 4 (ou ouvertures) formées par les mailles du "tricot" et au travers desquels les gaz vont circuler. Il est tout à fait possible de réaliser le réseau à parties entrelacées en tricotant un(des) fil(s) ou en tissant plusieurs fils perpendiculairement les uns (fils de trame) par rapport aux autres (fils de chaíne). Ce réseau de fil(s), ou entrelacs, se présente ici comme un ouvrage tricoté constitué d'au moins un fil. En l'espèce, cet ouvrage tricoté est réalisé avec un fil 6 unique constitué en un matériau métallique souple et se tricotant aisément, tel que par exemple de l'inox "304L" de 1 à 3 dixièmes de millimètre de diamètre. En tout état de cause, le matériau utilisé pour réaliser le dispositif devra de préférence conserver ses caractéristiques (mécaniques notamment) jusqu'à des températures élevées, d'environ 1000°C à 1200°C.
D'après la figure 2, on voit que le fil 6 est en quelque sorte "tricoté" comme on tricote une chaussette mais on pourrait envisager d'utiliser d'autres modes de croisement ou de tressage connus (tissage par exemple). Sur cette figure, on a illustré schématiquement la manière dont les boucles 8a et 8b en "Ω" (OMEGA) du fil 6 peuvent s'entrelacer entre elles. Des tronçons 10 du fil 6, lesquels se chevauchent dessus dessous, présentent ainsi des zones d'entrelacement comme référencé en 11, ces tronçons 10 formant des boucles 8a "supérieures" qui passent à travers les boucles 8b qui leur sont inférieures, délimitant ainsi les passages 4. Pour la clarté de la représentation, on a représenté ces passages de l'ouvrage tricoté dans un état relativement lâche, ces mêmes passages se retrouvant répartis dans toute la structure du réseau à l'état comprimé suivant des forme, taille et disposition qui varient en fonction des forces de compression exercées.
La figure 3 montre une variante de l'invention dans laquelle le dispositif est constitué de plusieurs anneaux 2 circulaires identiques, superposés les uns sur les autres selon un axe de symétrie principal yy' (appelé aussi axe d'empilement). Cette configuration permet d'obtenir un dispositif 1 de plus grande épaisseur, qui serait difficilement réalisable d'une seule pièce.
La figure 4 montre une variante de réalisation du dispositif d'accrochage de flammes 1 dans laquelle on trouve insérée entre deux anneaux 2 consécutifs, une entretoise annulaire 20 réalisée dans un matériau métallique non poreux. Cette entretoise 20 possède un diamètre interne d20 sensiblement égal au diamètre interne d2 de l'anneau 2 et un diamètre externe D20 inférieur au diamètre externe D2 dudit anneau 2. Les dimensions de cette entretoise annulaire 20 sont très importants. L'entretoise 20 est de préférence munie de plusieurs moyens 21 de centrage des anneaux 2, prenant la forme d'ergots (21a, 21b, ...) soudés de part et d'autre de l'épaisseur E20 de celle-ci sur son diamètre interne d20.
La figure 5 montre, vue du dessus, une entretoise 20 munie de huit ergots de centrage (21a, 21b, ...) répartis en deux groupes de quatre ergots disposés de part et d'autre de l'épaisseur E20 de celle-ci, de préférence disposés à 90°, les deux groupes étant en quinconce (décalage de 45°) l'un par rapport à l'autre comme cela est représenté. Chaque groupe de quatre moyens de centrage définit un anneau virtuel de diamètre externe D21 sensiblement égal au diamètre interne d20 de l'entretoise 20 et au diamètre interne d2 de l'anneau 2 afin que celui-ci vienne se centrer sur l'entretoise 20. L'épaisseur E21 de ces ergots sera faible, de l'ordre de quelques millimètres, de façon à créer un bon centrage sans gêner la circulation des gaz au travers des passages 4 du dispositif 1. Pour les mêmes raisons, le diamètre interne d21 des deux anneaux virtuels définis par les ergots 21a et 21b sera légèrement inférieur au diamètre externe D21 pour éviter de trop perturber le flux de gaz.
La figure 6 montre les moyens de recouvrement 132 et 232 d'un anneau amont 102 et d'un anneau aval 202, celui-ci étant le dernier anneau de l'empilement ou l'anneau disposé le plus en aval par rapport au sens de circulation des gaz, symbolisé par les lettres AM (amont) et AV (aval). Dans le cas où il n'y a qu'un seul anneau 2, ces moyens de recouvrement 132 et 232 deviennent inutiles. Ces moyens de recouvrement 132 et 232 sont constitués par un premier cerclage 132 disposé autour de l'anneau amont 102, et d'un second cerclage 232 disposé autour de l'anneau aval 202. De préférence, chaque cerclage 132 et 232 aura une épaisseur E132 et E232 telle qu'il recouvrira environ les quatre cinquièmes (4/5) de l'épaisseur de chacun des anneaux amont 102 et aval 202 de façon à permettre un bon pilotage de flamme. Ces cerclages 132 et 232 auront un diamètre interne d132 et d232 légèrement supérieur au diamètre externe D2 des anneaux 102 et 202, et un diamètre externe D132 et D232 légèrement supérieur à leur diamètre interne d132 et d232. Ils seront de plus réalisés dans un matériau non poreux résistant de préférence à des températures supérieures à 1000°C.
La figure 6 montre aussi les moyens d'obturation 24 et de fixation 25 du dispositif d'accrochage de flammes 1, dans une variante de réalisation où le dispositif 1 est constitué de plusieurs anneaux 2 et de plusieurs entretoises 20 insérées entre deux anneaux 2 consécutifs (par mesure de clarté, une seule entretoise 20 est représentée entre un anneau 2 et l'anneau aval 202). Ces moyens d'obturation 24 sont constitués par une plaque terminale 26 circulaire et pleine, résistant de préférence à des températures supérieures à 1000°C. Cette plaque terminale 26 est disposée sur l'anneau aval 202 et est fixée, par exemple par soudage, au moyen de recouvrement 232 de l'anneau aval 202. De cette façon, les gaz sont obligés de passer au travers du dispositif d'accrochage de flammes 1, donc de traverser les passages 4 définis par le treillis comprimé de fil(s) tricoté(s). Le diamètre externe D26 de la plaque terminale 26 sera de préférence sensiblement égal au diamètre externe D2 de l'anneau aval 202, et son épaisseur E26 sera suffisante pour éviter à la plaque terminale 26 de gondoler sous l'effet de la chaleur.
Les moyens de fixation 25 sont représentés par une tige filetée 27 traversant axialement le centre du dispositif d'accrochage de flammes 1 et la plaque terminale 26, de pattes 28 et 29 venant se fixer sur le brûleur et d'un écrou 30 venant serrer la plaque terminale 26 sur le brûleur 80. Ainsi, le ou les anneaux 2 (avec ou sans entretoises) sont légèrement compressés entre la plaque terminale 26 et le brûleur 80, et sont fixées à celui-ci de façon amovible. Le dispositif d'accrochage de flammes 1 peut donc être facilement remplacée, voire un seul anneau 2 ou une seule entretoise 20.
En se reportant maintenant à la figure 7, on voit représentée un dispositif 1, monté dans un brûleur de type connu, référencé dans son ensemble en 80, comme par exemple un brûleur domestique à prémélange total et à flamme bleue.
Ce brûleur 80 comporte essentiellement une chambre de répartition 81, qui a la forme générale d'un caisson en tronc de cône, à section sensiblement circulaire, connecté au niveau de sa face arrière la plus étroite 81a aux conduites séparées 83, 84 d'alimentation respectivement en air comburant et en gaz combustible. Sur cette figure, les sigles AM et AV permettent de situer les côtés respectivement "amont" et "aval" du brûleur, en référence à la circulation du mélange combustible, dans le brûleur, tel que schématisé par les flèches 87, 87' et 88. Cette chambre de répartition 81 est séparée d'une chambre de combustion 82, sur sa face avant, par le dispositif d'accrochage de flammes 1. En l'espèce, ce dispositif se présente sous la forme de plusieurs anneaux 2 superposés et fixés au brûleur 80 par des moyens de fixation 25 tels qu'une tige filetée 27, des pattes 28 et 29 et un écrou 30. Le dispositif d'accrochage de flammes 1 est obturé, sur un anneau aval 202, par une plaque rigide non poreuse 26 au travers de laquelle peut venir s'insérer la tige filetée 27. Dans la variante de réalisation où le dispositif d'accrochage de flammes est constitué d'un seul anneau, l'anneau aval 202 est formé par cet anneau 2 unique et la plaque terminale 26 est disposée sur cet anneau 2. Comme on le voit sur la figure 7, la conduite 84 d'alimentation en gaz combustible rencontre le conduit 83 d'alimentation en air juste en amont de la chambre de répartition (en 85). Bien entendu, on prévoit ici d'installer un ventilateur en amont du conduit 83 (alimentation en air sous pression), mais il est possible de prévoir que le prémélange des gaz (gaz + air) se fasse avant la chambre de répartition 81.
Tel qu'illustré, l'allumage du brûleur est assuré par une électrode 97 convenablement isolée et alimentée sous haute tension par un câble d'alimentation non représenté, l'allumage s'effectuant par étincelles ou arc électrique entre la pointe 97a de l'électrode et, par exemple, la paroi voisine d'une entretoise ou d'un anneau.
A titre d'exemple, le dispositif d'accrochage de flammes sera constitué d'un treillis en fil métallique en acier inoxydable de référence "304L" et pourra être constituée d'un empilement d'anneaux de diamètre externe D=90 mm, de diamètre interne d=60 mm et d'épaisseur E=15 mm.
A titre indicatif, le facteur d'air (n) obtenu dans un brûleur à gaz de puissance nominale 25 kW muni du dispositif selon l'invention varie de 1,15 à 1,45 sans entretoise annulaire, et de 1,16 à 1,62 avec entretoise annulaire, tandis qu'il varie de 1 à 1,29 pour un brûleur standard de puissance nominale 31 kW.
La figure 8 montre, en détail, le front de flamme obtenu par l'ensemble constitué par dispositif d'accrochage de flamme et le brûleur associé de la figure 7. Entre deux anneaux 2 adjacents, une gorge 40 faisant le tour du dispositif est définie, en regard de l'entretoise 20. Sur les tranches supérieure et inférieure des anneaux, sortent des jets J1 et J2 de mélange air + gaz qui font le tour du dispositif. Ces jets sont parallèles à l'axe yy' et sont dirigés l'un vers l'autre. Si les dimensions de l'entretoise sont bien choisies, alors ces deux jets de gaz vont se rencontrer dans la gorge 40 et créer une flamme pilote F' perpendiculaire à l'axe yy' et décollée de la tranche de l'entretoise. Cette flamme pilote F' assure la stabilisation et l'homogénéité du front de flamme F, évitant toute rupture de celui-ci dans les zones de contact anneau/entretoise. Il se développe autant de flamme pilote F' qu'il y a d'entretoise. De préférence, il n'y aura pas d'entretoise entre le brûleur et l'anneau amont 102, ni au-delà de l'anneau aval 202. Grâce à l'espace supplémentaire libéré entre les anneaux 2 par les entretoises 20, on peut ainsi diminuer le nombre d'anneaux, ce qui est favorable à la réduction du coût du brûleur.

Claims (13)

  1. Dispositif (1) d'accrochage de flammes pour brûleur (80) à mélange de gaz comprenant dans sa structure un réseau comprimé de fil(s) métallique(s) souple(s) tricotés(s) pour la circulation à travers elle desdits gaz et prenant la forme d'un anneau (2), caractérisé en ce qu'il est constitué d'un empilement sensiblement coaxial d'au moins deux dits anneaux (2).
  2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une entretoise (20) annulaire non poreuse interposée successivement entre deux anneaux (2) adjacents.
  3. Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre interne (d20) de chaque entretoise (20) est sensiblement égal au diamètre interne (d2) des anneaux (2).
  4. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le diamètre externe (D20) de chaque entretoise (20) est inférieur au diamètre externe (D2) des anneaux (2).
  5. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'épaisseur (E20) de chaque entretoise (20) est inférieure à l'épaisseur (E2) des anneaux (2).
  6. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la différence entre le diamètre externe (D20) et le diamètre interne (d20) de chaque entretoise (20) est sensiblement égale au double de l'épaisseur (E20) de celle-ci.
  7. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la différence entre le diamètre externe (D2) des anneaux (2) et le diamètre externe (D20) de chaque entretoise (20) est sensiblement égal à l'épaisseur (E20) de ladite entretoise (20).
  8. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que chaque entretoise annulaire (20) présente un diamètre interne (d20) et est munie, sur ce diamètre interne (d20), de moyens de centrage (21) favorisant l'alignement des anneaux empilés (2), tels que des ergots soudés (21a, 21b,...).
  9. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un anneau amont (102) et un anneau aval (202) sont munis de moyens (132, 232) circulaires de recouvrement obturant de préférence les quatre cinquièmes de la surface péri métrique externe desdits anneaux (102) et (202).
  10. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un anneau aval (202) est muni de moyens d'obturation (24), tels qu'une plaque terminale (26) circulaire pleine et résistant à la chaleur, ayant un diamètre externe (D26) sensiblement égal au diamètre externe (D2) dudit anneau aval (202).
  11. Dispositif (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que la plaque terminale (26) et le moyen de recouvrement (232) de l'anneau aval (202) sont fixés, par exemple par soudage.
  12. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens de fixation amovibles (25) le reliant intérieurement ou extérieurement au brûleur (80) et/ou à la plaque terminale (26), tels qu'une tige filetée (27) muni de pattes (28) et (29) et d'un écrou (30).
  13. Brûleur (80) à gaz comprenant une chambre de répartition des gaz (81) alimentée en air comburant et en gaz combustible et communiquant avec une chambre de combustion (82) avec interposition entre elles d'un dispositif d'accrochage de flammes (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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