EP2870410A1 - Bruleur a gaz a combustion de surface - Google Patents

Bruleur a gaz a combustion de surface

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EP2870410A1
EP2870410A1 EP13732983.5A EP13732983A EP2870410A1 EP 2870410 A1 EP2870410 A1 EP 2870410A1 EP 13732983 A EP13732983 A EP 13732983A EP 2870410 A1 EP2870410 A1 EP 2870410A1
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gas
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gas burner
deflector
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Joseph Le Mer
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    • F23D2900/00012—Liquid or gas fuel burners with flames spread over a flat surface, either premix or non-premix type, e.g. "Flächenbrenner"

Definitions

  • the invention is in the field of surface-burning gas burners.
  • gas burner By the term “gas burner” is meant a burner fed in fact by an air / gas premix.
  • gas used for simplification purposes, means in fact an air / gas premix.
  • a so-called "surface burning” burner as opposed to a torch burner, means a burner in which the combustion takes place on a combustion surface or combustion grate, through which the air / gas mixture is fed. under pressure.
  • This type of burner finds a particular but non-limiting application in gas boilers.
  • the burner generates combustion gases that heat the heat exchanger traversed by the fluid to be heated.
  • the performance of attachment of the flame on the combustion surface conditions the quality of the combustion of the fuel used (here the gas), as well as the range of power variation of this burner.
  • the performance of a burner to hang its flame, the shape of the burner, and the volume of the enclosure (or hearth) in which the combustion occurs depends the quality of this combustion, it is that is to say the more or less important rejection of polluting gases in the atmosphere.
  • flame catching is meant the ability of the base of the flame to remain near the combustion surface.
  • the first type of burner comprises a combustion surface (or combustion grid), consisting of a perforated stainless steel sheet of various holes more or less small and slits of varying sizes.
  • a combustion surface or combustion grid
  • Such a burner is for example of cylindrical shape.
  • the particular combination of zones of small holes with slit zones, the sections of which are therefore larger, makes it possible to hang the flame correctly, but only for a very small range of variation of power, that is to say say on the order of 1 to 3.
  • This type of burner has the drawbacks mentioned below.
  • this burner When this burner is used at low power, that is to say with a low rate of introduction of the premix air / gas, its surface undergoes a very large increase in temperature, (several hundred degrees), linked in contact with the flame with the sheet, which causes flamebacks inside the burner, and can even lead to the destruction thereof.
  • the second known type of burner consists of a perforated steel sheet, coated with a layer of stainless steel wire fibers, disposed on the outer surface of the perforated sheet.
  • This layer of fibers is of the order of 1 mm to 2 mm thick and plays a fairly effective role of flame-holder, and a role of thermal insulation to reduce the temperature rise of the perforated sheet and thus reduce the risk of re-entry.
  • This type of burner allows a greater power variation range than the first type of burner, that is to say of the order of 1 to 5, or even 1 to 10, depending on the texture of the fiber. steel used. However, this steel fiber is expensive, which increases the total cost of the burner.
  • the present invention therefore aims to provide a surface combustion gas burner, which solves the aforementioned drawbacks of the state of the art and which allows in particular to achieve simultaneously several objectives, namely:
  • the invention relates to a surface combustion gas burner comprising a combustion grate consisting of a sheet of metal or refractory material, pierced with a series of slots.
  • said sheet comprises a series of baffles integral with said sheet and protruding on its outer face, each deflector extending longitudinally and laterally over the entire surface of a slot, each deflector comprises a gas flow guiding portion and a joining portion to the sheet, said guide portion being spaced from the sheet so as to arrange therewith at least one gas ejection side lumen and said deflectors are arranged in pairs so that their lateral gas ejection ports are facing each other.
  • the burner can be used at very high power without flame separation and conversely at very low power, without flashback, which ensures its robustness and longevity.
  • Each baffle is shaped so that the generatrix of the inner face of said gas flow guiding portion is parallel to the plane of the slot above which the deflector extends;
  • said deflector is a bridge consisting of a sheet metal tongue having a central part and two ends joining the two ends of the slot over which it extends, said central part constituting the guiding part of the gas flow. and the two ends constituting the joining portion to the sheet and two lateral gas ejection ports are formed on either side of said bridge; the width of each bridge is equal to the width of the slot above which it is arranged;
  • the ratio between the width of the bridge and the height of the gas ejection side light is at least equal to 0.5.
  • said deflector is in the form of an awning and comprises a longitudinally preferably planar portion for guiding the gas flow, connected to the sheet by one of its longitudinal sides.
  • the ratio between the height of the portion of the micro-opening tube which projects from the outer face of the sheet and the inner diameter of the micro-tube is between 0.2 and 2, preferably is 1;
  • the slots and orifices are grouped so as to form patterns, each pattern comprising at least one orifice extended by a microtube disposed between two slots surmounted by a deflector;
  • each pattern comprises two orifices each extended by a microtube, arranged between two slots surmounted by a deflector, these two slots being parallel to the axis of alignment of these two orifices;
  • said combustion grate is of cylindrical shape
  • combustion grate is of circular circular shape, convex circular shape or dihedral.
  • FIG. 1 is a top view of a portion of the combustion grate of the burner according to the invention
  • Figures 2, 3 and 4 are sectional views of the same combustion grate, respectively taken according to the plans 11-11, III-III and IV-IV, of FIG. 1, FIGS. 3 and 4 being on an enlarged scale
  • FIG. 5 is a diagram showing the principle of attachment of the flame to the surface of the burner gate
  • FIGS. 6, 7 are views respectively in perspective and in section along the section plane VI I-VI of the FIG. FIG. 6, of a second embodiment of the orifices formed in the combustion grate according to the invention, FIG. 7 being on an enlarged scale
  • FIG. 6 are views respectively in perspective and in section along the section plane VI I-VI of the FIG. FIG. 6, of a second embodiment of the orifices formed in the combustion grate according to the invention, FIG. 7 being on an enlarged scale
  • FIG. 8 is a perspective view of a third embodiment of the orifices formed in the combustion grate according to the invention.
  • FIGS. 9 to 11 represent different embodiments of the combustion grid, respectively of cylindrical shape, of circular circular shape and in the form of dihedron with a rounded tip, and
  • FIG. 12 is a graph showing the carbon monoxide (CO) emissions as a function of the burner gas power P, for a burner of the state of the art and according to the invention.
  • This burner comprises a combustion grate. It is connected to means not shown, for example a fan, suitable for bringing an air / gas mixture, for example air / natural gas, under pressure, to the inside of the burner.
  • the gaseous mixture passes through the orifices of the gate and combustion is initiated on its outer surface by an ignition system known to those skilled in the art.
  • This combustion grate consists of a metal sheet 1 made of metal, for example stainless steel, or refractory material. These inner and outer faces are respectively referenced 1 1 and 12.
  • This sheet 1 is pierced with a series of slots 2 of generally rectangular shape, each slot 2 comprising two longitudinal edges 23, 24.
  • Each slot 2 is surmounted by a bridge 3 or "small bridge", which is of a piece (that is to say material) with said sheet 1 and protrudes from the outer surface 12 thereof. this.
  • the bridge 3 acts as a deflector for the gas passing through the sheet 1.
  • Each bridge 3 consists of a metal tongue curved or shaped so that its concavity is oriented towards the slot 2.
  • the bridge has a central portion 30 and two ends 31, 32 which are respectively connected to the two ends 21 and 22 of the slot 2 above which this bridge extends longitudinally and laterally.
  • the central portion 30 constitutes a guide portion of the gas flow and the ends 31, 32, a joining portion to the sheet 1.
  • the slots 2 are made using appropriate cutting punches, not shown in the figures for simplification purposes.
  • the width L1 of the bridge 3 is equal to the width L2 of the slot 2 above which it is arranged, (see Figure 3).
  • the stroke of the cutting punch defines the height H2 of a space 4, formed between the bridge 3, (more precisely its central portion 30) and the slot 2.
  • the spacing between the bridge 3 and the outer face 12 of the sheet 1 located near the bridge defines two lights 40 and 40 ', called “side gas ejection ports", on either side of the space 4 (see Figure 3).
  • These lateral gas ejection ports 40 and 40 'respectively extend in planes P1 and P2 which are parallel to each other and moreover perpendicular to the plane P3 of the slot 2. In the rest of the description and the claims, this P3 plane of the slot 2 is taken at the outer face 12 of the sheet 1.
  • the bridges 3 are all of the same length and are arranged parallel to each other and aligned along a median axis Y-Y "which is perpendicular to them.
  • the various bridges 3 are thus arranged in the form of lines 81 or rows, (horizontal in Figure 1).
  • the bridges 3 are arranged in pairs whose side lights 40, 40 'face each other.
  • the bridges 3 of different lines 81 are aligned along a longitudinal axis ⁇ 1 - ⁇ or X2-X7 perpendicular to Y-Y ", so as to define a column of bridges 82, (vertical in Figure 1).
  • the sheet 1 is provided only with slots 2 and bridges 3.
  • another type of perforations of particular geometry is also practiced on the whole of the sheet.
  • these orifices 5 are circular and the micro-tubes 6 are cylindrical, so that they have a central axis or axis of revolution Z-Z "perpendicular to the sheet 1 (see in particular Figures 3 and 4).
  • micro-6 open tubes thus constitute micro-injectors gas.
  • These micro-tubes 6 have the effect of considerably increasing the thickness of the sheet 1 at the place where they are formed.
  • the orifices 5 and the micro-tubes 6 are obtained for example by stamping, which has the effect of stretching the material of the sheet.
  • the outer diameter D1 of the base of these micro-tubes 6 at their interface with the outer face 12 of the sheet 1 is greater than their outside diameter at the top D2.
  • the thickness of the wall of the micro-tube is frustoconical.
  • the slots / bridges and the orifices / micro-tubes can be arranged and grouped on the sheet 1, so as to form different patterns 7.
  • the micro-tubes 6 are grouped in pairs and are aligned in pairs along an axis XX ", while a slot 2 and a bridge 3 are arranged on either side of this pair of orifices 5 / micro-tubes 6, so that their longitudinal axes ⁇ 1 - ⁇ or X2-X "2 are parallel to the axis XX".
  • these patterns 7 may be arranged and repeated on the sheet 1, so that the spacing E1 between the longitudinal axes ⁇ 1 - ⁇ and X2-X7 of the left and right bridges 3a and 3b respectively of a first pattern 7, equal to the spacing E2 between the longitudinal axis X2-X7 of the right bridge 3b of this pattern 7 and the longitudinal axis ⁇ 1- ⁇ of the left bridge 3a of a second adjacent pattern 7 'and located to the right of the first ground 7.
  • the spacing E3 between two axes XX "of micro-tube alignment 6 is twice the value of the distance E1 between two left bridges 3a and 3b right of the same pair. This characteristic is not mandatory.
  • FIG. 10 which represents an exemplary embodiment in which the burner is of cylindrical shape
  • a zone or row 81 'with a high coefficient of transparency is thus obtained, as opposed to rows 81 with a low coefficient of transparency where the orifices 5 and the micro-tubes 6 are absent from the lines X3-X "3.
  • the coefficient of transparency refers to the ratio between the total area of the orifices and the total area of the sheet 1.
  • Figure 11 represents the case of a circular flat surface burner.
  • the different rows 81, even 81 'of patterns 7 are aligned parallel to each other.
  • the ratio L1 / H2 is at least equal to 0.5.
  • the ratio H3 / D is between 0.2 and 2, more preferably equal to 1.
  • the deflector referenced 3 ' has the general shape of an "awning” and comprises a preferably planar longitudinal portion 30' which extends longitudinally over the entire length of the length of the slot 2 and which guides the gas flow. It is connected, along one of its longitudinal sides, to the sheet 1 with which it came from material, by a curved portion 33 '.
  • a space 4 ' is provided between the part 30' and the slot 2 and there is a single lateral gas ejection light 41 between the part 30 'and the sheet 1.
  • baffles 3 ' are arranged opposite each other, so that their respective slots 41 are facing one another.
  • the deflector has the shape of a "hearing” 3 ", which simply differs from the awning 3 'by the arcuate shape of its joining portion 33" to the sheet 1.
  • Figure 1 shows only a portion of the sheet 1, in plan view, so flat.
  • the burner formed from this sheet may have different geometric shapes.
  • the combustion grate of the burner has a cylindrical shape; its upper face is closed by a disc and its side wall has the perforation patterns 7, 7 'described above. It will be noted that it would also be possible to provide these patterns only on a portion of arc-of-circle of this cylinder.
  • the axes ⁇ 1 - ⁇ and X2-X "2 of the bridges are parallel to the axis of revolution of the cylindrical burner.
  • Figure 10 shows a burner whose combustion grate is circular and flat. Although not shown, this grid may also be slightly curved, so that its outer surface is convex, its concavity being oriented towards the arrival of gas (downwards of Figure 10).
  • the sheet 1 can be bent longitudinally in the form of dihedron, so as to have a substantially triangular cross section with rounded upper tip.
  • the gas leaving the slot 2 perpendicularly to the plane of the sheet 1 abuts against the deflector, more precisely against its central portion 30 for guiding the gas flow, which extends over the whole of the surface of this slot, so that it can not escape perpendicular to the sheet 1.
  • the gas outlet is therefore effected on either side of the bridges 3, through the lateral gas ejection ports 40 and 40 '.
  • this gas outlet is made parallel to the outer face 12 of the sheet 1 (arrow F1), or even tangentially if the sheet 1 is curved, ( case of a cylindrical burner).
  • This gas outlet via the gas ejection lateral light 40 is therefore carried out perpendicularly to the axis of the gas jets (arrow F3) coming from the neighboring micro-tubes 6, or almost perpendicularly to this direction F3 if the output of gas is tangential.
  • the gas leaving the light 40 ', located in front of a micro-tube 6, is also directed parallel to the face 12 or tangentially thereto, then when it hits the micro-tube 6 is then returned outwards (arrow F2), parallel to the arrow jets F3.
  • the gas leaving the light 40 'between the two tubes 6 is also directed in the direction of the arrows F1.
  • the generatrix G of the inner face 110 of the guide portion 30 'of the deflector extends parallel to the plane P3 of the slot 2. It is the same for the other embodiments of the deflector.
  • the generatrix G could also be almost parallel to the plane P3 (small angular variation possible), since most of the gas flow is guided as mentioned above.
  • the in-line combustion zone along the axis XX "receives not only the gas flow of the pairs of micro-tubes 6 but also the flow rate of gas from the bridges 3 located on either side.
  • This combustion zone represented by the flame 91 in FIG. 5 is called "main flow”.
  • these main flow combustion zones 91 are alternated with combustion zones 92, called “secondary flow” zones, which extend along the axes X 3 -X “3 and which simply receive the gas flow of the bridges 3 (arrows F1 in Figures 1, 3 and 5).
  • the coefficient of transparency plays an important role in the combustion behavior that is obtained, as a function of the gas flow rate for different desired power ranges.
  • Curve C1 was obtained with a burner of the prior art, the combustion grate of which is a perforated sheet which included only a series of slots and orifices but without bridges and without micro-tubes. It can be seen that this CO emission curve increases progressively when the power is increased beyond 5 kW and this, from 5 to 30 kW, thus confirming the degradation of combustion hygiene by flame detachment. (the CO value below 5 kW can not be estimated because there is a return of flame).
  • the curve C2 represents the results obtained with the burner according to the invention having alternating patterns of double micro-tubes and double bridges, with the preferred dimensions given above. It can be seen that the CO emission only varies from 0 ppm to 6 ppm for a power variation range of 1 to 30 kW. Other tests performed on NOx show that they are halved with the burner according to the invention.
  • a particular application of this type of burner relates to heat exchangers, and in particular those of domestic and industrial boilers. It is possible to operate the burner according to the invention at low power, for example for the production of the heating water necessary for the central heating of a well insulated house, and punctually to operate at very large powers , in case of demand for domestic hot water, production called "instant".
  • this burner can be used, for example, in manufacturing lines for glass and its heat treatments or in surface combustion cooking used in food processing plants.

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Abstract

L'invention concerne un brûleur à gaz à combustion de surface comprenant une grille de combustion constituée d'une tôle (1), percée d'une série de fentes (2). Ce brûleur est remarquable en ce que ladite tôle comprend une série de déflecteurs (3) d'une pièce avec ladite tôle et faisant saillie sur sa face extérieure (12), chaque déflecteur (3) s'étendant longitudinalement et latéralement au-dessus de la totalité de la surface d'une fente (2) et en ce que chaque déflecteur (3) comprend une partie de guidage du flux de gaz et une partie de jonction à la tôle (1), ladite partie de guidage étant espacée de la tôle (1) de façon à ménager avec celle-ci au moins une lumière latérale d'éjection de gaz (40, 40'), lesdits déflecteurs étant disposés par paires de façon que leurs lumières latérales d'éjection de gaz se fassent face.

Description

Brûleur à gaz à combustion de surface
L'invention se situe dans le domaine des brûleurs à gaz à combustion de surface.
Par le terme "brûleur à gaz", on désigne un brûleur alimenté en fait par un pré-mélange air/gaz. Dans la suite de la description et des revendications, le terme "gaz", utilisé à des fins de simplification, désigne en fait un pré-mélange air/gaz.
Un brûleur dit "à combustion de surface" désigne, par opposition à un brûleur à flamme torche, un brûleur dans lequel la combustion s'effectue sur une surface de combustion ou grille de combustion, au travers de laquelle le mélange air/gaz est amené sous pression.
Ce type de brûleur trouve une application particulière mais non limitative dans les chaudières à gaz. Le brûleur génère des gaz de combustion qui réchauffent l'échangeur de chaleur parcouru par le fluide à réchauffer.
Dans ce type de brûleur à gaz, la performance d'accrochage de la flamme sur la surface de combustion conditionne la qualité de la combustion du combustible utilisé (ici le gaz), ainsi que la plage de variation de puissance de ce brûleur.
Par ailleurs, de la performance d'un brûleur à accrocher sa flamme, de la forme du brûleur, et du volume de l'enceinte (ou du foyer) dans lequel se produit la combustion, dépend la qualité de cette combustion, c'est-à- dire le rejet plus ou moins important de gaz polluants dans l'atmosphère.
Par "accrochage de flamme", on désigne la capacité de la base de la flamme à rester à proximité de la surface de combustion.
On connaît déjà, d'après l'état de la technique, deux types de brûleur à combustion de surface très répandus.
Le premier type de brûleur comprend une surface de combustion (ou grille de combustion), constituée d'une tôle d'acier inoxydable perforée de divers trous plus ou moins petits ainsi que de fentes de dimensions variables. Un tel brûleur est par exemple de forme cylindrique. L'association particulière de zones de petits trous avec des zones de fentes dont les sections sont donc plus importantes, permet d'accrocher la flamme de façon correcte, mais uniquement pour une plage très faible de variation de puissance, c'est-à-dire de l'ordre de 1 à 3. Ce type de brûleur présente les inconvénients mentionnés ci-après.
Lorsque ce brûleur est utilisé à basse puissance, c'est-à-dire avec un faible débit d'introduction du pré-mélange air/gaz, sa surface subit une très forte augmentation de température, (de plusieurs centaines de degrés), liée au contact de la flamme avec la tôle, ce qui provoque des rentrées de flamme à l'intérieur du brûleur, et peut même aboutir à la destruction de celui-ci.
Inversement, lorsque ce brûleur est utilisé à forte puissance, il existe un risque de décollement de la flamme de la surface du brûleur, ce qui se produit lorsque la vitesse de sortie du gaz est nettement supérieure à la vitesse de propagation de la flamme, et ceci a pour effet de provoquer d'importants rejets de gaz polluants, notamment d'oxydes d'azote (NOx) et de monoxyde de carbone (CO).
Au regard des inconvénients précités, la gamme des puissances utilisables pour un brûleur donné est donc assez réduite.
Le second type de brûleur connu consiste en une tôle d'acier perforée, revêtue d'une couche de fibres en fil d'acier inoxydable, disposée sur la surface extérieure de la tôle perforée. Cette couche de fibres mesure de l'ordre de 1 mm à 2 mm d'épaisseur et joue un rôle d'accroche-flamme assez performant, ainsi qu'un rôle d'isolant thermique pour réduire la montée en température de la tôle perforée et ainsi réduire les risques de rentrée de flamme.
Ce type de brûleur autorise une plage de variation de puissance plus importante que le premier type de brûleur, c'est-à-dire de l'ordre de 1 à 5, voire même de 1 à 10, selon la texture de la fibre d'acier utilisée. Toutefois, cette fibre d'acier est coûteuse, ce qui renchérit le coût total du brûleur.
La présente invention a donc pour but de fournir un brûleur à gaz à combustion de surface, qui résolve les inconvénients précités de l'état de la technique et qui permette notamment d'atteindre simultanément plusieurs objectifs, à savoir :
- un accrochage de flamme très performant mais légèrement décollé du brûleur, afin de réduire la température de sa surface de combustion,
la possibilité d'être utilisé sur une plage de variation de puissance importante, une longévité accrue du brûleur par une réduction importante de sa température de fonctionnement, et ce, à tous les régimes de puissance utilisés,
un principe de combustion adaptable sur des brûleurs de formes très variées, et de petites comme de très grandes dimensions,
une diminution très importante des rejets de gaz polluants, et notamment du CO et des NOx, et
un prix de revient faible, nettement inférieur à celui d'un brûleur comportant un revêtement en fibres d'acier.
A cet effet, l'invention concerne un brûleur à gaz à combustion de surface comprenant une grille de combustion constituée d'une tôle en métal ou en matériau réfractaire, percée d'une série de fentes.
Conformément à l'invention, ladite tôle comprend une série de déflecteurs d'une pièce avec ladite tôle et faisant saillie sur sa face extérieure, chaque déflecteur s'étendant longitudinalement et latéralement au-dessus de la totalité de la surface d'une fente, chaque déflecteur comprend une partie de guidage du flux de gaz et une partie de jonction à la tôle, ladite partie de guidage étant espacée de la tôle de façon à ménager avec celle-ci au moins une lumière latérale d'éjection de gaz et lesdits déflecteurs sont disposés par paires, de façon que leurs lumières latérales d'éjection de gaz se fassent face.
Grâce à ces caractéristiques de l'invention, le brûleur peut être utilisé à très haute puissance sans décollement de la flamme et inversement à très basse puissance, sans rentrée de flamme, ce qui garantit sa robustesse et sa longévité.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :
- chaque déflecteur est conformé de façon que la génératrice de la face intérieure de ladite partie de guidage du flux de gaz soit parallèle au plan de la fente au-dessus de laquelle ce déflecteur s'étend ;
- ledit déflecteur est un pontet constitué d'une languette de tôle présentant une partie centrale et deux extrémités se rattachant aux deux extrémités de la fente au-dessus de laquelle elle s'étend, ladite partie centrale constituant la partie de guidage du flux de gaz et les deux extrémités constituant la partie de jonction à la tôle et deux lumières latérales d'éjection du gaz sont ménagées de part et d'autre dudit pontet ; - la largeur de chaque pontet est égale à la largeur de la fente au- dessus de laquelle il est disposé ;
- le rapport entre la largeur du pontet et la hauteur de la lumière latérale d'éjection de gaz est au minimum égal à 0,5.
- ledit déflecteur a la forme d'un auvent et comprend une partie longitudinale de préférence plane, de guidage du flux de gaz, reliée à la tôle par l'un de ses côtés longitudinaux.
- ledit déflecteur à la forme d'une ouïe ;
- ladite tôle est en outre percée d'une série d'orifices se prolongeant par des micro-tubes débouchants, qui font saillie sur sa face extérieure et dont l'axe central est normal à la tôle ;
- le rapport entre la hauteur de la partie du micro-tube débouchant qui fait saillie depuis la face extérieure de la tôle et le diamètre intérieur de ce micro-tube est compris entre 0,2 et 2, de préférence est égal à 1 ;
- les fentes et orifices sont regroupés de façon à former des motifs, chaque motif comprenant au moins un orifice prolongé par un microtube disposé entre deux fentes surmontées d'un déflecteur ;
- chaque motif comprend deux orifices prolongés chacun d'un micro-tube, disposés entre deux fentes surmontées d'un déflecteur, ces deux fentes étant parallèles à l'axe d'alignement de ces deux orifices ;
- ladite grille de combustion est de forme cylindrique ;
- ladite grille de combustion est de forme circulaire plane, de forme circulaire bombée ou en forme de dièdre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, plusieurs modes de réalisation possibles.
Sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue de dessus d'une partie de la grille de combustion du brûleur conforme à l'invention, les figures 2, 3 et 4 sont des vues en coupe de cette même grille de combustion, prises respectivement selon les plans de coupe ll-ll, lll-lll et IV-IV, de la figure 1 , les figures 3 et 4 étant à une échelle agrandie, la figure 5 est un schéma représentant le principe d'accrochage de la flamme à la surface de la grille du brûleur, les figures 6, 7 sont des vues respectivement en perspective et en coupe selon le plan de coupe VI I -VI I de la figure 6, d'un deuxième mode de réalisation des orifices ménagés dans la grille de combustion selon l'invention, la figure 7 étant à une échelle agrandie,
la figure 8 est une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation des orifices ménagés dans la grille de combustion selon l'invention,
les figures 9 à 1 1 représentent différentes variantes de réalisation de la grille de combustion, respectivement de forme cylindrique, de forme circulaire plane et en forme de dièdre à pointe arrondie, et
la figure 12 est un graphique représentant les émissions de monoxyde de carbone (CO) en fonction de la puissance de gaz P du brûleur, pour un brûleur de l'état de la technique et un conforme à l'invention.
Un premier mode de réalisation d'un brûleur à gaz conforme à l'invention va maintenant être décrit en faisant référence aux figures 1 à 4.
Ce brûleur comprend une grille de combustion. Il est raccordé à des moyens non représentés, par exemple un ventilateur, appropriés pour amener un mélange air/gaz, par exemple air/gaz naturel, sous pression, du côté intérieur du brûleur. Le mélange gazeux traverse les orifices de la grille et la combustion est initiée sur sa surface extérieure grâce à un système d'allumage connu de l'homme du métier.
Cette grille de combustion est constituée d'une tôle 1 réalisée en métal, par exemple en acier inoxydable, ou en matériau réfractaire. Ces faces intérieure et extérieure sont référencées respectivement 1 1 et 12.
Cette tôle 1 est percée d'une série de fentes 2, de forme générale rectangulaire, chaque fente 2 comprenant deux bords longitudinaux 23, 24.
Chaque fente 2 est surmontée d'un pontet 3 ou "petit pont", qui est d'une pièce (c'est-à-dire venu de matière) avec ladite tôle 1 et qui fait saillie à la surface extérieure 12 de celle-ci.
Comme cela sera décrit plus en détail ultérieurement, le pontet 3, joue un rôle de déflecteur pour le gaz traversant la tôle 1 . Chaque pontet 3 est constitué d'une languette de tôle incurvée ou conformé de façon que sa concavité soit orientée vers la fente 2. Le pontet présente une partie centrale 30 et deux extrémités 31 , 32 qui se rattachent respectivement aux deux extrémités 21 et 22 de la fente 2 au-dessus de laquelle ce pontet s'étend longitudinalement et latéralement. La partie centrale 30 constitue une partie de guidage du flux de gaz et les extrémités 31 , 32, une partie de jonction à la tôle 1 .
De préférence, les fentes 2 sont réalisées en utilisant des poinçons de découpe appropriés, non représentés sur les figures à des fins de simplification.
De préférence, la largeur L1 du pontet 3 est égale à la largeur L2 de la fente 2 au-dessus de laquelle il est disposé, (voir figure 3).
La course du poinçon de découpe définit la hauteur H2 d'un espace 4, ménagé entre le pontet 3, (plus précisément sa partie centrale 30) et la fente 2.
L'écartement entre le pontet 3 et la face extérieure 12 de la tôle 1 située à proximité du pontet permet de définir deux lumières 40 et 40', dites "lumières latérales d'éjection de gaz", de part et d'autre de l'espace 4 (voir figure 3).
Ces lumières latérales d'éjection de gaz 40 et 40' s'étendent respectivement dans des plans P1 et P2 qui sont parallèles entre eux et par ailleurs perpendiculaires au plan P3 de la fente 2. Dans la suite de la description et des revendications, ce plan P3 de la fente 2 est pris au niveau de la face extérieure 12 de la tôle 1 .
De façon avantageuse, et comme cela apparaît mieux sur la figure 1 , les pontets 3 sont tous de même longueur et sont disposés parallèlement les uns aux autres et alignés selon un axe médian Y- Y" qui leur est perpendiculaire.
Les différents pontets 3 sont donc disposés sous forme de lignes 81 ou rangées, (horizontales sur la figure 1 ).
Les pontets 3 sont disposés par paires dont les lumières latérales 40, 40' se font face.
De préférence également, les pontets 3 de lignes 81 différentes sont alignés selon un axe longitudinal Χ1 -ΧΊ ou X2-X7 perpendiculaire à Y- Y", de façon à définir une colonne de pontets 82, (verticale sur la figure 1 ). De façon avantageuse mais non obligatoire, les pontets 3 sont disposés selon un écartement constant E1 et E2 (E1 = E2).
Selon une variante simplifiée de l'invention, la tôle 1 n'est munie que de fentes 2 et de pontets 3. Toutefois, de façon avantageuse, un autre type de perforations de géométrie particulière est également pratiqué sur l'ensemble de la tôlel .
Il s'agit d'orifices 5 se prolongeant par des micro-tubes débouchants 6 qui font saillie sur la face extérieure 12 de la tôle 1 .
De préférence, ces orifices 5 sont circulaires et les micro-tubes 6 sont cylindriques, de sorte qu'ils présentent un axe central ou axe de révolution Z-Z" perpendiculaire à la tôle 1 (voir notamment figures 3 et 4).
Les micro-tubes 6 débouchants constituent ainsi des micro- injecteurs de gaz. Ces micro-tubes 6 ont pour effet d'augmenter considérablement l'épaisseur de la tôle 1 à l'endroit où ils sont formés.
Les orifices 5 et les micro-tubes 6 sont obtenus par exemple par emboutissage, ce qui a pour effet d'étirer la matière de la tôle.
De ce fait, le diamètre extérieur D1 de la base de ces micro-tubes 6 au niveau de leur interface avec la face extérieure 12 de la tôle 1 est plus important que leur diamètre extérieur au sommet D2. L'épaisseur de la paroi du micro-tube est donc tronconique.
Les fentes/pontets et les orifices/micro-tubes peuvent être disposés et regroupés sur la tôle 1 , de façon à former différents motifs 7.
Selon une variante de réalisation préférentielle de l'invention représentée sur la figure 1 , les micro-tubes 6 sont groupés par paires et sont alignés deux à deux le long d'un axe X-X", tandis qu'une fente 2 et un pontet 3 sont disposés de part et d'autre de cette paire d'orifices 5/micro-tubes 6, de façon que leurs axes longitudinaux Χ1 -ΧΊ ou X2-X"2 soient parallèles à l'axe X-X".
On pourrait également n'avoir qu'un seul micro-tube 6 ou plus de deux entre les deux pontets 3.
De plus, ces motifs 7 peuvent être disposés et répétés sur la tôle 1 , de façon que l'écartement E1 entre les axes longitudinaux Χ1 -ΧΊ et X2-X7 respectivement des pontets gauche 3a et droite 3b d'un premier motif 7, soit égal à l'écartement E2 entre l'axe longitudinal X2-X7 du pontet droit 3b de ce motif 7 et l'axe longitudinal Χ1-ΧΊ du pontet gauche 3a d'un deuxième motif 7' voisin et situé à la droite du premier motif 7. En d'autres termes, l'écartement E3 entre deux axes X-X" d'alignement de micro-tubes 6 est le double de la valeur de l'écartement E1 entre deux pontets gauche 3a et droit 3b d'une même paire. Cette caractéristique n'est pas obligatoire.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1 , on constate qu'il n'y a pas d'orifices 5 et de micro-tubes 6 entre le pontet droit 3b d'un premier motif 7 et le pontet gauche 3a du motif voisin 7'. En d'autres termes, le long d'un axe X3- X'3 parallèle à X2-X"2, il n'y a pas d'orifices de sortie de gaz. Une telle disposition permet ainsi d'augmenter le débit de gaz dans la partie du brûleur présentant les motifs 7 ou 7' et inversement de ménager des zones d'axes X3-X'3 où il y a peu de sortie de gaz.
Toutefois, comme on peut le voir sur la figure 10 qui représente un exemple de réalisation dans lequel le brûleur est de forme cylindrique, il est également possible de prévoir des paires d'orifices 5/micro-tubes 6 entre la totalité des pontets 3. On obtient ainsi une zone ou rangée 81 ' à fort coefficient de transparence, par opposition aux rangées 81 à faible coefficient de transparence où les orifices 5 et les micro-tubes 6 sont absents des lignes X3-X"3. Ces rangées avec des différences de coefficient de transparence peuvent être alternées de manières différentes. Le coefficient de transparence désigne le ratio entre l'aire totale des orifices et l'aire totale de la tôle 1 .
D'autres variantes de réalisation sont également envisageables. Par exemple, la figure 1 1 représente le cas d'un brûleur de surface plane circulaire. Dans ce cas, les différentes rangées 81 , voire 81 ' de motifs 7 sont alignées parallèlement les unes aux autres. Toutefois, il serait également possible de prévoir une disposition radiale, selon laquelle les différents axes X-X", Χ1 -ΧΊ , X2-X"2 et X3-X"3 seraient radiaux et concourants au centre du brûleur circulaire.
On notera que les proportions dimensionnelles des fentes, pontets, orifices et micro-injecteurs jouent un rôle dans le résultat recherché d'amélioration de la performance de la combustion.
Ainsi, de préférence le rapport L1 /H2 est au minimum égal à 0,5. De préférence également, le rapport H3/D est compris entre 0,2 et 2, de préférence encore égal à 1 .
D'autres modes de réalisation des déflecteurs, autres que les pontets 3, vont maintenant être décrits en liaison avec les figures 6 à 8.
Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 6, le déflecteur référencé 3' présente la forme générale d'un "auvent" et comprend une partie longitudinale 30' de préférence plane qui s'étend longitudinalement au-dessus de la totalité de la longueur de la fente 2 et qui permet de guider le flux de gaz. Elle est reliée, le long de l'un de ses côtés longitudinaux, à la tôle 1 avec laquelle elle est venu de matière, par une partie cintrée 33'.
Un espace 4' est ménagé entre la partie 30' et la fente 2 et il y a une seule lumière latérale d'éjection de gaz 41 entre la partie 30' et la tôle 1 .
Ces deux déflecteurs 3' sont disposés l'un en face de l'autre, de façon que leurs lumières 41 respectives soient en regard l'une de l'autre. Lorsque les micro-tubes 6 sont présents, les deux déflecteurs 3' sont en outre avantageusement parallèles à l'axe X-X" d'alignement desdits micro-tubes.
Selon une seconde variante de réalisation représentée sur la figure 9, le déflecteur présente la forme d'une "ouïe" 3", qui diffère simplement de l'auvent 3' par la forme en arc de cercle de sa partie de jonction 33" à la tôle 1 .
Enfin, on notera que quels que soient la technique et/ou le mode de réalisation du ou des déflecteur(s) 3, 3', 3", ceux-ci recouvrent la totalité de la surface de la fente 2.
La vue de la figure 1 représente uniquement une portion de la tôle 1 , en vue de dessus, donc à plat. Toutefois, le brûleur formé à partir de cette tôle peut présenter différentes formes géométriques.
Selon une variante de réalisation préférentielle représentée sur la figure 9, la grille de combustion du brûleur a une forme cylindrique ; sa face supérieure est obturée par un disque et sa paroi latérale présente les motifs de perforation 7, 7' précédemment décrits. On notera qu'il serait également possible de ne prévoir ces motifs que sur une portion d'arc-de-cercle de ce cylindre.
Avantageusement, les axes Χ1 -ΧΊ et X2-X"2 des pontets (et donc des fentes 2) sont parallèles à l'axe de révolution du brûleur cylindrique.
La figure 10 représente un brûleur dont la grille de combustion est circulaire et plane. Bien que cela ne soit pas représenté, cette grille peut également être légèrement bombée, de sorte que sa surface extérieure est convexe, sa concavité étant orientée vers l'arrivée du gaz (vers le bas de la figure 10).
Enfin, comme représenté comme sur la figure 1 1 , la tôle 1 peut être cintrée longitudinalement en forme de dièdre, de façon à présenter une section droite sensiblement triangulaire à pointe supérieure arrondie.
Le fonctionnement du brûleur conforme à l'invention est le suivant. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 5, la sortie du gaz au travers d'un orifice 5 et du micro-tube 6 s'effectue selon une direction perpendiculaire au plan de la tôle et donc à sa face extérieure 12 (flèche F3).
Par ailleurs, le gaz qui sort de la fente 2 perpendiculairement au plan de la tôle 1 vient buter contre le déflecteur, plus précisément contre sa partie centrale 30 de guidage du flux de gaz, qui s'étend au-dessus de la totalité de la surface de cette fente, de sorte qu'il ne peut s'échapper perpendiculairement à la tôle 1.
La sortie du gaz s'effectue de ce fait de part et d'autre des pontets 3, à travers les lumières latérales d'éjection de gaz 40 et 40'.
Au travers de la lumière 40 devant laquelle il n'y a pas de microtube 6, cette sortie de gaz s'effectue parallèlement à la face extérieure 12 de la tôle 1 (flèche F1 ), voire tangentiellement si la tôle 1 est incurvée, (cas d'un brûleur cylindrique). Cette sortie de gaz via la lumière latérale d'éjection de gaz 40 s'effectue donc perpendiculairement à l'axe des jets de gaz (flèche F3) issus des micro-tubes 6 voisins, voire quasiment perpendiculairement à cette direction F3 si la sortie de gaz est tangentielle.
Par ailleurs, le gaz qui sort de la lumière 40', située devant un micro-tube 6, est également dirigé parallèlement à la face 12 ou tangentiellement à celle-ci, puis lorsqu'il vient frapper le micro-tube 6 est alors renvoyé vers l'extérieur (flèche F2), parallèlement aux jets flèches F3. En outre, et comme cela est visible sur la figure 1 , le gaz qui sort de la lumière 40' entre les deux tubes 6 est également dirigé selon la direction des flèches F1.
De préférence, et comme on peut le voir sur la figure 7, la génératrice G de la face intérieure 110 de la partie de guidage 30' du déflecteur s'étend parallèlement au plan P3 de la fente 2. Il en est de même pour les autres modes de réalisation du déflecteur.
Ainsi le gaz, qui tend à être dévié selon une direction parallèle à la surface du déflecteur qu'il rencontre, est guidé (flèche F1 ) parallèlement à la tôle 1 (ou tangentiellement à celle-ci, si elle est incurvée).
La génératrice G pourrait également être quasiment parallèle au plan P3 (faible variation angulaire possible), dès lors que la majeure partie du flux de gaz est guidée comme précité.
La zone de combustion en ligne selon l'axe X-X" reçoit non seulement le débit de gaz des paires de micro-tubes 6 mais également le débit de gaz issu des pontets 3 situés de part et d'autre. Cette zone de combustion représentée par la flamme 91 sur la figure 5 est dite "à débit principal".
Elle permet de développer un fort débit par les micro-tubes 6 et les débits additionnels provenant des pontets 3 accentuent l'accrochage de la flamme au sommet des micro-tubes 6 avec une redoutable performance, même pour des plages de débit de gaz très importantes.
De façon avantageuse, ces zones de combustion à débit principal 91 sont alternées avec des zones de combustion 92, dites "à débit secondaire", qui s'étendent le long des axes X3-X"3 et qui reçoivent simplement le débit de gaz des pontets 3 (flèches F1 sur les figures 1 , 3 et 5).
La rencontre face à face de ces deux débits de gaz parallèles ou tangentiels à la paroi de la tôle 1 et qui proviennent des lumières latérales 40 (voir flèches F1 ), provoque une combustion proche de la face extérieure 12 de la tôle 1 , dans une zone exempte de perforations. La base 920 de cette flamme 92 est légèrement décollée de la face 12, car cette face est exempte du fort débit des micro-tubes 6. Par ailleurs, le gaz qui circule du côté de la face intérieure 11 de la grille de combustion 1 contribue à refroidir cette paroi qui ne rougit que faiblement.
Cette distribution bidirectionnelle du gaz (flèches F1 et F3) à la surface de la tôle 1 de la grille de combustion permet de maîtriser parfaitement l'accrochage de la flamme et autorise ainsi une combustion selon une plage de variations de débit (et donc de puissance) extrêmement importante, (supérieure à 40), et ce, sans rentrée de flamme, ni décollement de celle-ci.
Pour une surface de brûleur donnée, le coefficient de transparence joue un rôle important dans le comportement de la combustion qui est obtenue, en fonction du débit de gaz pour différentes plages de puissances souhaitées.
Avec les brûleurs de l'état de la technique, plus le coefficient de transparence est important, et plus la puissance maximale sera élevée. Toutefois, la puissance minimale sera également élevée si l'on souhaite éviter des rentrées de flamme. De ce fait, la plage de variation de puissance est réduite pour un brûleur donné.
Au contraire, avec la présente invention, il devient possible d'utiliser le brûleur sur une très large amplitude de variation de puissance.
Le fonctionnement décrit avec les pontets 3 est le même avec les auvents 3' ou les ouïes 3". Ainsi, en l'absence de micro-tubes 6 entre les auvents ou les ouïes, on crée uniquement des zones de combustion à débit secondaire et en présence de ceux-ci, on crée des zones de combustion à débit principal.
A cette excellente performance d'accrochage de la flamme s'ajoute également un très faible taux de pollution avec une émission de monoxyde de carbone CO extrêmement faible.
On se reportera à ce sujet à la courbe de la figure 12, qui représente la quantité d'émission de CO exprimée en ppm par rapport à la puissance du brûleur exprimée en kW, (essais comparatifs effectués à l'aide du gaz de décollement normatif G231 , utilisé dans les laboratoires pour les tests de normalisation).
La courbe C1 a été obtenue avec un brûleur de l'art antérieur, dont la grille de combustion est une tôle perforée qui ne comprenait qu'une série de fentes et d'orifices mais sans pontets et sans micro-tubes. On constate que cette courbe d'émission de CO augmente progressivement lorsque l'on augmente la puissance au-delà de 5 kW et ce, de 5 à 30 kW, confirmant ainsi la dégradation de l'hygiène de la combustion par décollement de la flamme, (la valeur de CO en dessous de 5 kW ne peut pas être estimée car il y a rentrée de flamme).
Inversement, la courbe C2 représente les résultats obtenus avec le brûleur conforme à l'invention présentant des motifs alternés de doubles micro- tubes et de doubles pontets, avec les dimensions préférentielles données précédemment. On constate que l'émission de CO n'évolue que de 0 ppm à 6 ppm pour une plage de variation de puissance de 1 à 30 kW. D'autres tests effectués sur les NOx montrent que ceux-ci sont réduits de moitié avec le brûleur selon l'invention.
Ces résultats montrent nettement l'excellente performance d'accrochage de la flamme et d'hygiène de la combustion qui en résulte.
Une application particulière de ce type de brûleur concerne les échangeurs de chaleur, et notamment ceux des chaudières domestiques et industrielles. Il est possible de faire fonctionner le brûleur conforme à l'invention à basse puissance, par exemple pour la production de l'eau de chauffage nécessaire au chauffage central d'une maison bien isolée, et ponctuellement de le faire fonctionner à des puissances très importantes, en cas de demande d'eau chaude sanitaire, à production dite "instantanée".
D'autres applications diverses et variées de ce brûleur sont envisageables. A titre purement illustratif, on peut l'utiliser, par exemple, dans les lignes de fabrication du verre et de ses traitements thermiques ou bien dans la cuisson par combustion de surface utilisée dans des usines d'agroalimentaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Brûleur à gaz à combustion de surface comprenant une grille de combustion constituée d'une tôle (1 ) en métal ou en matériau réfractaire, percée d'une série de fentes (2), caractérisé en ce que ladite tôle comprend une série de déflecteurs (3, 3a, 3b, 3', 3") d'une pièce avec ladite tôle et faisant saillie sur sa face extérieure (12), chaque déflecteur (3, 3a, 3b, 3', 3") s'étendant longitudinalement et latéralement au-dessus de la totalité de la surface d'une fente (2), en ce que chaque déflecteur (3, 3a, 3b, 3', 3") comprend une partie de guidage (30, 30') du flux de gaz et une partie (31 ,32, 33', 33") de jonction à la tôle (1 ), ladite partie de guidage (30, 30') étant espacée de la tôle (1 ) de façon à ménager avec celle-ci au moins une lumière latérale d'éjection de gaz (40, 40', 41 ) et en ce que lesdits déflecteurs (3, 3a, 3b, 3', 3") sont disposés par paires, de façon que leurs lumières latérales d'éjection de gaz (40, 40', 41 ) se fassent face.
2. Brûleur à gaz selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque déflecteur (3, 3a, 3b, 3', 3") est conformé de façon que la génératrice (G) de la face intérieure (1 10) de ladite partie de guidage (30, 30') du flux de gaz soit parallèle au plan (P3) de la fente (2) au-dessus de laquelle ce déflecteur s'étend.
3. Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit déflecteur est un pontet (3, 3a, 3b), constitué d'une languette de tôle présentant une partie centrale (30) et deux extrémités (31 , 32) se rattachant aux deux extrémités (21 , 22) de la fente (2) au-dessus de laquelle elle s'étend, ladite partie centrale (30) constituant la partie de guidage du flux de gaz et les deux extrémités (31 , 32) constituant la partie de jonction à la tôle (1 ) et en ce que deux lumières latérales d'éjection du gaz (40, 40') sont ménagées de part et d'autre dudit pontet (3, 3a, 3b).
4. Brûleur à gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur (L1 ) de chaque pontet (3, 3a, 3b) est égale à la largeur (L2) de la fente (2) au-dessus de laquelle il est disposé.
5. Brûleur à gaz selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le rapport (L1 /H2) entre la largeur (L1 ) du pontet (3, 3a, 3b) et la hauteur
(H2) de la lumière latérale d'éjection de gaz (40, 40') est au minimum égal à 0,5.
6. Brûleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit déflecteur (3') a la forme d'un auvent et comprend une partie longitudinale (30') de préférence plane, de guidage du flux de gaz, reliée à la tôle (1 ) par l'un de ses côtés longitudinaux.
7. Brûleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit déflecteur (3") a la forme d'une ouïe.
8. Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite tôle (1 ) est en outre percée d'une série d'orifices (5) se prolongeant par des micro-tubes débouchants (6), qui font saillie sur sa face extérieure (12) et dont l'axe central (Ζ-Ζ') est normal à la tôle.
9. Brûleur à gaz selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport entre la hauteur (H3) de la partie du micro-tube débouchant (6) qui fait saillie depuis la face extérieure de la tôle (1 ) et le diamètre intérieur (D) de ce micro-tube est compris entre 0,2 et 2, de préférence égal à 1 .
10. Brûleur à gaz selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les fentes (2) et orifices (5) sont regroupés de façon à former des motifs (7, 7'), chaque motif (7, 7') comprenant au moins un orifice (5) prolongé par un micro-tube (6) disposé entre deux fentes (2) surmontées d'un déflecteur (3, 3a, 3b, 3', 3").
1 1 . Brûleur à gaz selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque motif (7, 7') comprend deux orifices (5) prolongés chacun d'un micro-tube (6), disposés entre deux fentes (2) surmontées d'un déflecteur (3, 3a, 3b, 3', 3"), ces deux fentes étant parallèles à l'axe d'alignement (Χ-Χ') de ces deux orifices (5).
12. Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite grille de combustion (1 ) est de forme cylindrique.
1 3. Brûleur à gaz selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que ladite grille de combustion (1 ) est de forme circulaire plane, de forme circulaire bombée ou en forme de dièdre.
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