FR2661481A1 - CATALYTIC HEATING DEVICE. - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de chauffage catalytique à tirage naturel (10) comporte un corps tubulaire (12) qui définit un passage d'écoulement de fluide allongé (24) ayant une entrée de mélange air/combustible à une extrémité et une sortie de produit de combustion à l'autre extrémité. Un brûleur catalytique primaire (50) est disposé à l'intérieur du passage de façon adjacente à l'entrée afin de faire réagir la plupart du mélange air/combustible introduit dans l'entrée. Un brûleur catalytique secondaire (52) est disposé à l'intérieur du passage en aval du brûleur catalytique primaire afin de compléter la combustion de tout combustible non oxydé dans l'échappement du brûleur catalytique primaire. La faible chute de pression à travers le brûleur primaire est obtenue au moyen d'une construction de brûleur tubulaire maintenue contre la paroi de passage et la combustion de la plupart des réactifs est obtenue en prévoyant une surface de catalyseur appropriée.A natural draft catalytic heater (10) has a tubular body (12) that defines an elongated fluid flow passage (24) having an air / fuel mixture inlet at one end and a combustion product outlet at one end. the other extremity. A primary catalytic burner (50) is disposed within the passage adjacent to the inlet to react most of the air / fuel mixture introduced into the inlet. A secondary catalytic burner (52) is disposed within the passage downstream of the primary catalytic burner to complete the combustion of any unoxidized fuel in the exhaust of the primary catalytic burner. The low pressure drop across the primary burner is achieved by means of a tubular burner construction held against the passage wall and the combustion of most of the reactants is achieved by providing a suitable catalyst surface.
Description
La présente invention se rapporte d'une manière générale aux dispositifsThe present invention relates generally to devices
de chauffage catalytique, et plus spécialement aux dispositifs de chauffage catalytique à tirage naturel qui peuvent être utilisés dans des applications qui n'ont pas accès à l'électricité et qui utilisent dès alcools, de préférence du méthanol, comme of catalytic heating, and more particularly to natural draft catalytic heating devices which can be used in applications which do not have access to electricity and which use alcohols, preferably methanol, such as
source de combustible.fuel source.
Il existe de nombreuses applications dans lesquelles des dispositifs de chauffage non électriques, sûrs, simples et peu coûteux peuvent être utilisés Par exemple, des dispositifs de chauffage de ce type peuvent utilisés dans des réfrigérateurs et des fourneaux de campagne et marins, des chauffe-eau, des dispositifs de refroidissement, des dispositifs de chauffage de moteur et batterie Les produits existants ne répondent pas parfaitement à ces marchés De nombreux dispositifs couramment disponibles pour ces marchés nécessitent de l'électricité et sont par conséquent totalement inutilisables pour ces applications D'autres nécessitent There are many applications in which non-electric, safe, simple and inexpensive heaters can be used. For example, such heaters can be used in field and marine refrigerators and stoves, water heaters , cooling devices, engine and battery heating devices Existing products do not perfectly meet these markets Many devices commonly available for these markets require electricity and are therefore totally unusable for these applications Others require
des combustibles qui sont gazeux à température ambiante. fuels which are gaseous at room temperature.
Les combustibles doivent être sous pression et sont relativement peu sûrs comparés aux combustibles, tels que des alcools, qui sont liquides à température ambiante Les combustibles sous pression ne sont pas seulement dangereux, ils nécessitent des mécanismes de commande d'écoulement Fuels must be under pressure and are relatively unsafe compared to fuels, such as alcohols, which are liquid at room temperature. Fuels under pressure are not only dangerous, they require flow control mechanisms
relativement complexes pour le fonctionnement. relatively complex for operation.
Il est aujourd'hui bien connu que certains matériaux, notamment des métaux nobles tels que le platine, le palladium et équivalents, amènent certains gaz combustibles à réagir avec l'oxygène avec pour résultat une libération de chaleur Ces matériaux sont appelés "catalyseurs" et le processus de combustion est généralement appelé "combustion catalytique" La combustion catalytique a reçu un accueil favorable ces dernières années Le procédé a bien sûr été appliqué à des appareils ménagers tels que les fers à friser, les fers à souder et équivalents La plupart des appareils catalytiques de ce type utilisent des cartouches de combustible sous pression contenant du butane, du propane et équivalent et souffrent It is now well known that certain materials, especially noble metals such as platinum, palladium and the like, cause certain combustible gases to react with oxygen, resulting in the release of heat. These materials are called "catalysts" and the combustion process is generally called "catalytic combustion" The catalytic combustion has been favorably received in recent years The process has of course been applied to household appliances such as curling irons, soldering irons and the like Most appliances catalytic converters of this type use pressurized fuel cartridges containing butane, propane and the like and suffer
par conséquent des mêmes inconvénients mentionnés ci- therefore of the same disadvantages mentioned above
dessus De plus, de nombreux brûleurs catalytiques nécessitent de l'électricité pour provoquer une étincelle afin de démarrer la combustion catalytique alors que d'autres nécessitent un préchauffage, même à température top In addition, many catalytic burners require electricity to cause a spark to start catalytic combustion while others require preheating, even at room temperature.
ambiante.ambient.
De nombreux brûleurs catalytiques fonctionnent dans un environnement ouvert qui amènent certains problèmes Le terme "environnement ouvert" signifie que l'élément de brûleur lui-même libère de la chaleur dans l'air environnant La difficulté avec cet agencement est qu'il peut permettre au matériau catalyseur d'être exposé à des températures (environ 500 OC) qui sont connues pour entraîner une défaillance prématurée du catalyseur Cet agencement comprend également des constructions dans lesquelles la chambre de combustion elle-même est ouverte dans une certaine mesure vers l'atmosphère et permet à des Many catalytic burners operate in an open environment which cause certain problems The term "open environment" means that the burner element itself releases heat into the surrounding air The difficulty with this arrangement is that it can allow the catalyst material to be exposed to temperatures (about 500 OC) which are known to cause premature catalyst failure This arrangement also includes constructions in which the combustion chamber itself is open to some extent to the atmosphere and allows
gaz de s'échapper sans subir une oxydation complète. gas to escape without undergoing complete oxidation.
D'autres conceptions ne prévoient aucun mécanisme destiné à assurer une combustion complète Dans chaque cas, les combustibles non brûlés engendrent un risque qui ne peut Other designs do not provide a mechanism to ensure complete combustion In each case, unburned fuels pose a risk that cannot
facilement être détecté par le nez humain. easily be detected by the human nose.
En ce qui concerne les combustibles, l'alcool apporte plusieurs avantages Comparé à d'autres combustibles liquides et à des combustibles qui sont gazeux à température ambiante, la possibilité d'un allumage intempestif des alcools est faible Il s'agit par conséquent d'un combustible relativement sûr Si un accident se produit, il peut facilement être éteint avec de l'eau Les alcools brûlent de façon propre et ne nécessitent qu'une installation d'échange de chaleur ordinaire Les consommateurs sont habitués aux combustibles à base As far as fuels are concerned, alcohol brings several advantages. Compared with other liquid fuels and fuels which are gaseous at room temperature, the possibility of inadvertent ignition of the alcohols is low. relatively safe fuel If an accident occurs, it can easily be extinguished with water Alcohols burn cleanly and only require an ordinary heat exchange system Consumers are used to using basic fuels
d'alcool pour les brûleurs de table, ce qui est important. alcohol for table burners, which is important.
Etant liquide à température ambiante, les alcools sont stockés dans des récipients qui ne sont pas sous pression et est vendu en rayons Son coût est raisonnablement compétitif Being liquid at room temperature, the alcohols are stored in containers which are not under pressure and are sold on the shelves. Its cost is reasonably competitive.
par rapport à d'autres combustibles hydrocarbures. compared to other hydrocarbon fuels.
Le fonctionnement en tirage naturel est essentiel si un brûleur doit être utilisé dans un environnement o l'électricité n'est pas disponible Comparé au tirage forcé, la force d'entraînement pour le tirage naturel est relativement faible Ainsi, il est important que la chute de pression au travers des éléments de brûleur soit maintenue aussi faible que possible afin d'assurer un écoulement d'air satisfaisant de façon à non seulement entretenir la combustion catalytique mais encore à assurer Operation in natural draft is essential if a burner is to be used in an environment where electricity is not available. Compared to forced draft, the driving force for natural draft is relatively low. Therefore, it is important that the fall pressure through the burner elements is kept as low as possible in order to ensure a satisfactory air flow so as not only to maintain the catalytic combustion but also to ensure
une combustion complète.complete combustion.
En résumé, il existe un besoin pour un dispositif In summary, there is a need for a device
de chauffage catalytique à-tirage nature Lqui peut fonc- natural draft catalytic heating system which can work
tionner sans électricité, qui est simple et fiable en fonc- operate without electricity, which is simple and reliable in operation
tionnement, simple de construction et peu coûteux à fabri- easy to build and inexpensive to manufacture
quer, sûr, entraîne une combustion complète du combustible quer, sure, results in complete combustion of the fuel
et utilise un combustible fluide tel que l'alcool. and uses a fluid fuel such as alcohol.
La présente invention prévoit un dispositif de chauffage catalytique à tirage naturel qui surmonte bon nombre des désavantages décrits ci-dessus de l'état de la technique. Un aspect de la présente invention se rapporte à un agencement de brûleur catalytique qui entraîne une chute de pression minimum et qui résulte en une combustion catalytique substantiellement complète des réactifs Selon cet aspect de l'invention, il est prévu un corps tubulaire qui définit un passage d'écoulement de fluide allongé ayant une entrée de mélange air/combustible à une extrémité et une sortie de produit de combustion à l'autre extrémité Un brûleur catalytique primaire est disposé à l'intérieur du passage de façon adjacente à l'entrée afin de faire réagir la plupart du mélange air/combustible introduit dans l'entrée Un brûleur catalytique secondaire est disposé à l'intérieur du passage en aval du brûleur catalytique primaire afin de compléter la combustion de tout combustible non oxydé dans l'échappement du brûleur catalytique primaire La faible chute de pression au travers du brûleur primaire est obtenue au moyen d'une construction de brûleur tubulaire maintenue contre la paroi de passage alors que la combustion de la plupart des réactifs est obtenue en prévoyant une surface de catalyseur appropriée Un élément de brassage peut être placé à l'intérieur du brûleur afin de repousser doucement les réactifs qui tendent à s'écouler axialement au travers du brûleur, vers l'extérieur en direction du catalyseur Une faible chute de pression à travers le brûleur secondaire est obtenue en prévoyant plusieurs passages axiaux qui présentent une relativement faible résistance à l'écoulement du gaz Les surfaces des passages sont revêtues avec un matériau catalyseur afin de s'assurer que tout réactif non oxydé est The present invention provides a natural draft catalytic heating device which overcomes many of the above-described disadvantages of the prior art. One aspect of the present invention relates to a catalytic burner arrangement which results in a minimum pressure drop and which results in substantially complete catalytic combustion of the reactants. According to this aspect of the invention, a tubular body is provided which defines a passage of elongated fluid flow having an air / fuel mixture inlet at one end and a combustion product outlet at the other end A primary catalytic burner is disposed inside the passage adjacent to the inlet in order to react most of the air / fuel mixture introduced into the inlet A secondary catalytic burner is arranged inside the passage downstream of the primary catalytic burner in order to complete the combustion of any non-oxidized fuel in the exhaust of the primary catalytic burner The low pressure drop across the primary burner is achieved by means of a construction of b tubular reur maintained against the passage wall while the combustion of most of the reagents is obtained by providing an appropriate catalyst surface A stirring element can be placed inside the burner in order to gently repel the reagents which tend to flow axially through the burner, outwards towards the catalyst A low pressure drop across the secondary burner is obtained by providing several axial passages which have a relatively low resistance to gas flow The surfaces of the passages are coated with a catalyst material to ensure that any non-oxidized reagent is
oxydé.oxide.
Un autre aspect de l'invention se rapporte à une construction de carter de brûleur qui est particulièrement bien adaptée à une utilisation avec de l'alcool et à un fonctionnement en tirage naturel Selon cet aspect, il est prévu un corps tubulaire de forme générale en U qui définit un passage d'écoulement de fluide allongé Le corps tubulaire est formé avec une paire de bras parallèles et une partie de raccordement qui relie des extrémités adjacentes des bras Le passage d'écoulement de fluide possède une section d'entrée d'air dans une extrémité libre de l'un des bras, une section de mélange air/combustible en aval de la section d'entrée afin de former un mélange air/combustible vaporisé, la section de mélange ayant un orifice de combustible destiné à recevoir une alimentation en combustible liquide, une section de combustion air/combustible dans l'autre bras destinée à recevoir et à oxyder le mélange air/combustible délivré par la section de mélange et une section d'échappement de produit de combustion dans une extrémité libre de l'autre bras Un brûleur catalytique est disposé à l'intérieur de la section de combustion afin de faire réagir catalytiquement le mélange air/combustible qui y est délivré par la section de mélange. Il y a un bon nombre d'avantages offerts par un corps de brûleur en forme de U Des combustibles liquides, Another aspect of the invention relates to a construction of a burner casing which is particularly well suited for use with alcohol and for operation in natural draft mode. According to this aspect, a tubular body of general shape is provided. U which defines an elongated fluid flow passage The tubular body is formed with a pair of parallel arms and a connecting portion which connects adjacent ends of the arms The fluid flow passage has an air inlet section in a free end of one of the arms, an air / fuel mixing section downstream of the inlet section in order to form a vaporized air / fuel mixture, the mixing section having a fuel orifice intended to receive a supply in liquid fuel, an air / fuel combustion section in the other arm intended to receive and oxidize the air / fuel mixture delivered by the mixing section and a combustion product exhaust section in a free end of the other arm A catalytic burner is arranged inside the combustion section in order to catalytically react the air / fuel mixture which is delivered there by the combustion section mixed. There are lots of advantages offered by a U-shaped burner body Liquid fuels,
tels que les alcoolsdoivent être vaporisés avant de brûler. such as alcohols must be vaporized before burning.
Le tube en forme de U permet à la chaleur provenant de la combustion d'être renvoyée, par conduction, vers la section de mélange afin de vaporiser le combustible Le tube en forme de U est tolérant dans la mesure o il permet à une masse de combustible de se former dans la partie de raccordement à la base du tube dans les conditions de démarrage De plus, dans une certaine mesure, la configuration permet à un mélange de se former avant d'entrer en contact avec le catalyseur, au contraire d'autres conceptions o les réactifs se rencontrent d'abord dans la zone de combustion Ce pré-mélange améliore la combustion. La configuration en forme de U agit également comme un dispositif de sécurité au cas o la combustion est empêchée Si, pour une raison quelconque, le conduit de combustion est bouché, le brûleur va simplement refouler jusqu'au niveau du réservoir de combustible, pourvu que le réservoir soit en dessous des ouvertures d'entrée et de sortie en hauteur Ainsi, le combustible ne déborde pas pour engendrer un risque Le tube en forme de U améliore également le démarrage Les mélanges méthanol/air sont plus lourds que l'air de telle sorte que, au démarrage, un mélange combustible est formé naturellement et retenu dans The U-shaped tube allows heat from combustion to be returned, by conduction, to the mixing section to vaporize the fuel. The U-shaped tube is tolerant to the extent that it allows a mass of fuel to form in the connection part at the base of the tube under start-up conditions In addition, to a certain extent, the configuration allows a mixture to form before coming into contact with the catalyst, unlike other designs where reagents first meet in the combustion zone This premix improves combustion. The U-shaped configuration also acts as a safety device in case combustion is prevented. If, for any reason, the combustion duct is blocked, the burner will simply back up to the level of the fuel tank, provided that the tank is below the inlet and outlet openings in height Thus, the fuel does not overflow to create a risk The U-shaped tube also improves start-up Methanol / air mixtures are heavier than air such so that, at start-up, a combustible mixture is formed naturally and retained in
le conduit.leads him.
Ces caractéristiques de l'invention, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la These characteristics of the invention, as well as others, will appear more clearly on reading the
description suivante en se référant aux dessins, dans following description with reference to the drawings, in
lesquels: La figure 1 est un dessin schématique illustrant un dispositif de chauffage catalytique sans flamme à tirage naturel selon une forme de réalisation préférée de la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective schématique partiellement en arraché d'un brûleur catalytique primaire selon une forme de réalisation préférée de la présente invention; La figure 3 est une vue d'un bord d'un brûleur catalytique secondaire selon une forme de réalisation préférée de la présente invention; La figure 4 est une vue en perspective schématique d'un brûleur catalytique secondaire selon une forme de réalisation préférée de la présente invention; La figure 5 est un dessin schématique d'un mécanisme destiné à commander la température de fonctionnement du dispositif de chauffage; La figure 6 est une vue en coupe d'une forme de réalisation à tube qui n'est pas en U selon la présente invention; et La figure 7 est une vue schématique similaire à la figure 1, mais illustrant une conduite de combustible optionnelle qui dérive la soupape thermostatique illustrée sur la figure 5 afin de prévoir un écoulement de which: Figure 1 is a schematic drawing illustrating a natural draft flameless catalytic heating device according to a preferred embodiment of the present invention; Figure 2 is a schematic perspective view partially broken away of a primary catalytic burner according to a preferred embodiment of the present invention; Figure 3 is a view of an edge of a secondary catalytic burner according to a preferred embodiment of the present invention; Figure 4 is a schematic perspective view of a secondary catalytic burner according to a preferred embodiment of the present invention; Figure 5 is a schematic drawing of a mechanism for controlling the operating temperature of the heater; Figure 6 is a sectional view of a tube embodiment which is not U-shaped according to the present invention; and Figure 7 is a schematic view similar to Figure 1 but illustrating an optional fuel line which bypasses the thermostatic valve illustrated in Figure 5 in order to provide a flow of
combustible au ralenti.fuel idling.
La figure 1 des dessins illustre une forme de réalisation préféré du dispositif de chauffage catalytique Figure 1 of the drawings illustrates a preferred embodiment of the catalytic heater
sans f lamme à tirage naturel 10 de la présente invention. without natural pull film 10 of the present invention.
Le dispositif de chauffage 10 comporte un corps ou carter tubulaire de forme générale en U 12 ayant une paire de bras parallèles 14 et 16 et une partie de raccordement 18 qui relie des extrémités adjacentes 20 et 22 des bras Le corps 12 définit un passage ou conduit d'écoulement de fluide 24 qui possède une section d'entrée d'air 26 dans l'extrémité libre 28 du bras 14, une section de mélange air/combustible 30 dans l'extrémité inférieure du bras 14 et dans la partie de raccordement 18, une section de combustion air/combustible 32 dans l'extrémité inférieure du bras 16 et une section d'échappement de produit de combustion 34 dans une extrémité libre 35 de l'autre bras 16 La section d'entrée comporte une ouverture d'entrée d'air 36 Un orifice de combustible 38 s'ouvre dans la section de mélange 30 et communique avec un réservoir de combustible en plastique ou en métal 40 par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation en combustible en vinyle 42 La conduite 42 est pourvue d'un robinet de coupure manuel 44 et d'un limiteur d'écoulement 46, sous la forme d'un bâton de A 102, destiné à limiter le débit du combustible liquide vers l'orifice de combustible lorsque le robinet 44 est ouvert. Un brûleur catalytique primaire 50 est disposé à l'intérieur de la section de combustion 32 afin de faire réagir catalytiquement une majeure partie du mélange air/combustible qui est délivré à la section de combustion par la section de mélange Le brûleur primaire est en contact de conduction de chaleur étroit avec la surface intérieure du tube 16 Le tube rayonne la chaleur acquise The heating device 10 comprises a generally U-shaped tubular body or casing 12 having a pair of parallel arms 14 and 16 and a connection part 18 which connects adjacent ends 20 and 22 of the arms The body 12 defines a passage or conduit fluid flow 24 which has an air inlet section 26 in the free end 28 of the arm 14, an air / fuel mixture section 30 in the lower end of the arm 14 and in the connection part 18 , an air / fuel combustion section 32 in the lower end of the arm 16 and a combustion product exhaust section 34 in a free end 35 of the other arm 16 The inlet section has an inlet opening air 36 A fuel port 38 opens in the mixing section 30 and communicates with a plastic or metal fuel tank 40 via a vinyl fuel supply line 42 The line 42 is provided with a manual shut-off valve 44 and a flow limiter 46, in the form of an A 102 stick, intended to limit the flow of liquid fuel to the fuel orifice when the valve 44 is open. A primary catalytic burner 50 is disposed inside the combustion section 32 in order to catalytically react a major part of the air / fuel mixture which is delivered to the combustion section by the mixing section. The primary burner is in contact with narrow heat conduction with the inner surface of the tube 16 The tube radiates the heat acquired
au cours de la combustion vers l'air ambiant environnant. during combustion to the surrounding ambient air.
Un brûleur catalytique secondaire 52 est disposé dans la section de combustion 32 en aval du brûleur catalytique primaire 50 afin d'oxyder de façon catalytique du combustible qui peut ne pas avoir été oxydé par le brûleur *primai-r-e. Le fonctionnement du dispositif ainsi décrit est le suivant Lorsque le robinet de coupure 44 est ouvert, une quantité mesurée de combustible tombe goutte à goutte dans la section de mélange air/combustible 30 Au moins une partie de ce combustible se vaporise, se mélange avec l'air dans la section de mélange et est communiquée au brûleur primaire 50 Si l'on suppose que la température du mélange est audessus de la température d'auto-allumage du catalyseur, le mélange s'oxyde et libère de la chaleur aux gaz environnants et au brûleur Le brûleur transfère de la chaleur à la paroi de conduit du tube 16 qui à son tour transfère de la chaleur à l'air ambiant Les produits chauffés de combustion montent et passent à travers le brûleur secondaire 52 o tous les gaz non brûlés sont oxydés Les produits de combustion continuent à monter, entrent dans la section d'échappement et sortent enfin du tube par l'ouverture d'échappement 37 L'écoulement vers le haut des gaz dans le bras 16 du tube 12 démarre ainsi un écoulement ou tirage naturel à travers le tube Lorsque la température à l'intérieur de la section de combustion augmente et s'approche de la température de fonctionnement normal, de la chaleur est conduite en amont du passage 24 dans la section de mélange air/combustible avec pour résultat une vaporisation du combustible et le mélange du A secondary catalytic burner 52 is disposed in the combustion section 32 downstream of the primary catalytic burner 50 in order to catalytically oxidize fuel which may not have been oxidized by the * primary burner. The operation of the device thus described is as follows When the cut-off valve 44 is open, a measured quantity of fuel drops drop by drop into the air / fuel mixing section 30 At least part of this fuel vaporizes, mixes with the air in the mixing section and is communicated to the primary burner 50 If it is assumed that the temperature of the mixture is above the self-ignition temperature of the catalyst, the mixture oxidizes and releases heat to the surrounding gases and to the burner The burner transfers heat to the duct wall of the tube 16 which in turn transfers heat to the ambient air The heated combustion products rise and pass through the secondary burner 52 o all unburned gases are oxidized Combustion products continue to rise, enter the exhaust section and finally exit the tube through the exhaust opening 37 The upward flow of gases in the s the arm 16 of the tube 12 thus starts a natural flow or draft through the tube When the temperature inside the combustion section increases and approaches the normal operating temperature, heat is conducted upstream of the passage 24 in the air / fuel mixing section resulting in fuel vaporization and mixing of the
combustible et de l'air plus efficaces. more efficient fuel and air.
Le tube 12 est de préférence réalisé en aluminium à paroi mince, bien que d'autres matériaux puissent être utilisés si nécessaire Alors que les bras tubulaires 14 et 16 peuvent être d'une forme quelconque, le bras 14 et la partie de raccordement 18 sont de préférence réalisés dans une barre tubulaire carrée et le bras 16 est de préférence réalisé dans une barre ronde La barre carrée est préférée car, pour la construction représentée, il est plus facile The tube 12 is preferably made of thin-walled aluminum, although other materials can be used if necessary. While the tubular arms 14 and 16 can be of any shape, the arm 14 and the connection part 18 are preferably made in a square tubular bar and the arm 16 is preferably made in a round bar The square bar is preferred because, for the construction shown, it is easier
de fabriquer les tubes 14 et 18 à partir de barre carrée. to manufacture tubes 14 and 18 from square bar.
D'autre part, comme cela est expliqué plus en détail ci- On the other hand, as explained in more detail below
après, la barre circulaire est préférée pour le tube 16 à cause de la construction des éléments de brûleur et de leur next, the circular bar is preferred for tube 16 because of the construction of the burner elements and their
relation avec la paroi de tube.relationship with the tube wall.
Le corps de brûleur en forme de U offre un certain nombre d'avantages Les combustibles liquides, tels que les alcools, peuvent être vaporisés avant de brûler Le tube en forme de U permet à la chaleur provenant de la combustion d'être renvoyée, par conduction, vers la section de mélange afin de vaporiser le combustible Le tube en forme de U est tolérant dans la mesure o il permet à une masse de combustible de se former dans la partie de raccordement à la base du tube dans les conditions de démarrage De plus, dans une certaine mesure, la configuration permet à un mélange de se former avant d'entrer en contact avec le catalyseur, au contraire d'autres conceptions o les réactifs se rencontrent d'abord dans la zone de combustion Ce pré-mélange améliore la combustion La configuration en forme de U agit également comme un dispositif de sécurité au cas o la combustion est empêchée Si, pour une raison quelconque, le conduit de combustion est bouché, le brûleur va simplement refouler jusqu'au niveau du réservoir de combustible, pourvu que le réservoir soit en dessous des ouvertures d'entrée et de sortie en hauteur Ainsi, le combustible ne déborde pas pour engendre un risque Le tube en forme de U améliore également le démarrage Les mélanges méthanol/air sont plus lourds que l'air Lors du démarrage, un mélange combustible est formé naturellement et est retenu dans le conduit En dépit de ces avantages, il est compréhensible que la présente invention n'est pas limitée strictement à une conception de brûleur en forme de U et que les avantages des autres aspects de l'invention peuvent être réalisés The U-shaped burner body offers a number of advantages Liquid fuels, such as alcohols, can be vaporized before burning The U-shaped tube allows heat from the combustion to be returned, by conduction, towards the mixing section in order to vaporize the fuel The U-shaped tube is tolerant insofar as it allows a mass of fuel to form in the connection part at the base of the tube under the starting conditions From more, to a certain extent, the configuration allows a mixture to form before coming into contact with the catalyst, on the contrary of other designs where the reactants meet first in the combustion zone This premix improves combustion The U-shaped configuration also acts as a safety device in case combustion is prevented If, for any reason, the combustion duct is blocked, the burner goes simple pump back to the level of the fuel tank, provided that the tank is below the inlet and outlet openings in height Thus, the fuel does not overflow to create a risk The U-shaped tube also improves starting methanol / air mixtures are heavier than air When starting up, a combustible mixture is formed naturally and is retained in the duct Despite these advantages, it is understandable that the present invention is not strictly limited to a design of U-shaped burner and that the advantages of the other aspects of the invention can be realized
avec des configurations de brûleur différentes. with different burner configurations.
Les brûleurs catalytiques de l'état de la technique fonctionnent de manière typique dans un environnement ouvert et peuvent atteindre ainsi des températures excessivement élevées Il est connu que des températures excessives d' environ 500 OC réduisent de façon significative la longévité de certains brûleurs catalytiques Afin d'éviter ce problème, le brûleur primaire de la présente invention est placé en contact physique avec la paroi du tube de telle sorte que la paroi du tube fonctionne comme un radiateur et empêche la surchauffe du brûleur Cet agencement sert comme une forme The prior art catalytic burners typically operate in an open environment and can therefore reach excessively high temperatures. It is known that excessive temperatures of around 500 ° C significantly reduce the life of certain catalytic burners. To avoid this problem, the primary burner of the present invention is placed in physical contact with the wall of the tube so that the wall of the tube functions as a radiator and prevents the burner from overheating. This arrangement serves as a form
de commande de température.temperature control.
La température de fonctionnement du dispositif de chauffage peut également être commandée en interrompant temporairement et périodiquement l'écoulement de combustible Ceci peut être obtenu en prévoyant un e soupape à pointeau 60 dans l'orifice de combustible 38 et un dispositif d'actionnement sensible à la chaleur 62, tel qu'un thermostat à bilame, relié à la soupape à pointeau par n'importe quelle liaison appropriée 64, comme cela est représenté sur la figure 5 Le thermostat peut être positionné dans n'importe quel emplacement adjacent au bras 16 du tube Ainsi, lorsque la température détectée par le thermostat dépasse une valeur prédéterminée, qui varie avec l'application dans laquelle le dispositif de chauffage est utilisé, le thermostat ferme le pointeau et coupe l'écoulement de combustible Il en résulte que seul de l'air frais relativement froid s'écoule à travers le passage 24 au delà du brûleur primaire 50 Le brûleur se refroidit du fait de la température d'air plus basse et du fait qu'il n'y a plus de combustible pour réagir avec le catalyseur Une fois que la température a atteint une valeur minimum prédéterminée, le thermostat se rétracte et ouvre la soupape à pointeau et permet au combustible de s'écouler dans la chambre de mélange Il est compréhensible que l'écoulement de combustible peut ne pas être totalement ouvert ou totalement fermé La commande de température peut également être obtenue en réduisant ou en augmentant l'écoulement. Il existe des situations, quand il fait froid par exemple, dans lesquelles il est préférable de ne pas éteindre totalement le dispositif de chauffage mais de le maintenir en fonctionnement à une température minimum Afin de faciliter ceci dans la forme de réalisation de la figure 1, le robinet de coupure 44 peut être laissé partiellement ouverte afin de permettre à suffisamment de combustible de tomber goutte à goutte dans le passage 24 de façon à entretenir la combustion Dans la forme de réalisation de la figure 5, il peut être prévu, comme cela est représenté sur la figure 7, une conduite de combustible 66 qui dérive la soupape thermostatique 62 et se raccorde à un deuxième orifice de combustible 68 La conduite 66 est également The operating temperature of the heating device can also be controlled by temporarily and periodically interrupting the flow of fuel. This can be obtained by providing a needle valve 60 in the fuel orifice 38 and an actuation device sensitive to the heat 62, such as a bimetal thermostat, connected to the needle valve by any suitable connection 64, as shown in FIG. 5 The thermostat can be positioned in any location adjacent to the arm 16 of the tube Thus, when the temperature detected by the thermostat exceeds a predetermined value, which varies with the application in which the heating device is used, the thermostat closes the needle and cuts off the flow of fuel. relatively cold fresh air flows through passage 24 beyond the primary burner 50 The burner cools down due to the te lower air temperature and the fact that there is no more fuel to react with the catalyst Once the temperature has reached a predetermined minimum value, the thermostat retracts and opens the needle valve and allows fuel to flow into the mixing chamber It is understandable that the fuel flow may not be fully open or completely closed. Temperature control can also be obtained by reducing or increasing the flow. There are situations, when it is cold for example, in which it is preferable not to completely switch off the heating device but to keep it in operation at a minimum temperature In order to facilitate this in the embodiment of FIG. 1, the shut-off valve 44 can be left partially open in order to allow sufficient fuel to drop drip into the passage 24 so as to maintain the combustion. In the embodiment of FIG. 5, it can be provided, as is shown in Figure 7, a fuel line 66 which bypasses the thermostatic valve 62 and connects to a second fuel orifice 68 The line 66 is also
pourvue d'un étranglement approprié 69. provided with an appropriate throttle 69.
Si l'on revient à la figure 2 des dessins, le brûleur catalytique primaire 50 comporte une grille il métallique, de préférence en acier inoxydable, à maille fine 70 ayant un revêtement en matériau catalytique approprié tel qu'un métal noble, de préférence du platine répandu sur la grille, et une mince tôle métallique, de préférence en acier inoxydable, 72 substantiellement de la même taille que la grille et fixée à la grille par soudure par point La grille et la tôle sont roulées en une forme cylindrique, avec la tôle 72 à l'extérieur, et sont insérées dans l'ouverture d'échappement du bras 16 du tube Returning to FIG. 2 of the drawings, the primary catalytic burner 50 comprises a metallic grid, preferably of stainless steel, with a fine mesh 70 having a coating of suitable catalytic material such as a noble metal, preferably of the platinum spread on the grid, and a thin metal sheet, preferably stainless steel, 72 substantially the same size as the grid and fixed to the grid by spot welding The grid and the sheet are rolled into a cylindrical shape, with the sheet 72 outside, and are inserted into the exhaust opening of the arm 16 of the tube
dans la position représentée sur la figure 1 des dessins. in the position shown in Figure 1 of the drawings.
L'élasticité naturelle du brûleur primaire tubulaire ainsi formé pousse la tôle en acier inoxydable 72 en contact de conduction de chaleur étroit avec une surface intérieure du tube La tôle 72 sert de radiateur afin de maintenir la température de fonctionnement du brûleur dans des limites prédéterminées Afin de maximiser la surface de transfert de chaleur entre le brûleur et le tube, le bras 16 est sous The natural elasticity of the tubular primary burner thus formed pushes the stainless steel sheet 72 into close heat conduction contact with an internal surface of the tube The sheet 72 serves as a radiator in order to keep the operating temperature of the burner within predetermined limits. to maximize the heat transfer surface between the burner and the tube, the arm 16 is under
la forme d'un tube cylindrique.the shape of a cylindrical tube.
En vue de maximiser le rendement de combustion du brûleur, le brûleur primaire peut être pourvu d'un élément de brassage 76 destiné à amener le mélange air/combustible In order to maximize the combustion efficiency of the burner, the primary burner can be provided with a stirring element 76 intended to bring the air / fuel mixture
en contact étroit avec la surface interne du brûleur. in close contact with the internal surface of the burner.
L'élément 76 est un corps rectangulaire mince disposé à l'intérieur du brûleur primaire et il présente une largeur qui est légèrement inférieure au diamètre interne du brûleur et une longueur qui est substantiellement la même que celle du brûleur La bande est tordue autour de son axe longitudinal entre environ 1/2 tour et un tour complet Le Element 76 is a thin rectangular body disposed inside the primary burner and has a width which is slightly less than the internal diameter of the burner and a length which is substantially the same as that of the burner. The band is twisted around its longitudinal axis between about 1/2 turn and a full turn Le
mélange air/combustible entre dans le brûleur axialement. air / fuel mixture enters the burner axially.
Lorsqu'il se déplace à travers le brûleur, l'élément de brassage repousse le mélange radialement vers l'extérieur en direction de la surface interne du brûleur, en contact avec le matériau catalytique L'élément de brassage peut As it moves through the burner, the stirring element pushes the mixture radially outward towards the internal surface of the burner, in contact with the catalytic material The stirring element can
être revêtu avec un matériau catalytique si nécessaire. be coated with a catalytic material if necessary.
Toutefois, ceci n'est pas essentiel pour obtenir une combustion complète de la vapeur ou la température de However, this is not essential for complete combustion of the steam or the temperature of
fonctionnement optimum.optimum functioning.
Si l'on se réfère aux figures 3 et 4, le brûleur catalytique secondaire 52 est formé de plusieurs passages d'écoulement de fluide axiaux parallèles 80 enduits avec un matériau catalytique Les passages 80 procurent une surface relativement importante pour la combustion catalytique, de façon à maximiser la possibilité d'obtenir une combustion complète du mélange air/combustible entrant dans la chambre de combustion, sans augmenter substantiellement la chute de pression à travers le brûleur secondaire Comme cela est mieux représenté sur la figure 4, le brûleur secondaire 52 se présente sous la forme d'un stratifié d'une tôle d'acier inoxydable plate 84 et d'une tôle d'acier inoxydable ondulée 86 fixée à la tôle métallique plate et roulée en spirale autour d'un axe parallèle aux ondulations de la tôle métallique ondulée avec un diamètre correspondant au diamètre interne du bras tubulaire 16 Le brûleur est inséré dans l'ouverture d'échappement 54 et glissé dans la position représentée sur la figure 1 o il est maintenu par friction. Différents moyens peuvent être prévus pour faciliter le démarrage du catalyseur à des températures en dessous de la température d'auto-allumage du catalyseur, typiquement 00 C De manière appropriée, l'élément catalytique primaire peut être préchauffé en mettant en contact l'extérieur du conduit avec une flamme temporaire, qui brûle du combustible maintenu dans une mèche 88 en contact étroit avec le conduit Du fait que la mèche supportant le catalyseur est électriquement conductrice, une autre manière de préchauffer l'élément à une température appropriée consiste à faire passer un courant électrique au travers du conduit Un autre moyen encore de préchauffage consiste à employer un dispositif de chauffage Referring to Figures 3 and 4, the secondary catalytic burner 52 is formed of several parallel axial fluid flow passages 80 coated with catalytic material The passages 80 provide a relatively large area for catalytic combustion, so maximizing the possibility of obtaining complete combustion of the air / fuel mixture entering the combustion chamber, without substantially increasing the pressure drop through the secondary burner As is better represented in FIG. 4, the secondary burner 52 is presented in the form of a laminate of a flat stainless steel sheet 84 and of a corrugated stainless steel sheet 86 fixed to the flat metal sheet and rolled in a spiral around an axis parallel to the corrugations of the metal sheet corrugated with a diameter corresponding to the internal diameter of the tubular arm 16 The burner is inserted into the exhaust opening 54 and slides dried in the position shown in Figure 1 where it is held by friction. Various means can be provided to facilitate starting the catalyst at temperatures below the self-ignition temperature of the catalyst, typically 00 ° C. Suitably, the primary catalytic element can be preheated by bringing the outside of the conduit with a temporary flame, which burns fuel held in a wick 88 in close contact with the conduit Because the wick supporting the catalyst is electrically conductive, another way of preheating the element to an appropriate temperature is to pass a electric current through the conduit Yet another means of preheating is to use a heating device
électrique séparé de conception conventionnelle. electric separate conventional design.
La figure 6 illustre une variante de réalisation de la présente invention La différence principale entre cette forme de réalisation et la forme de réalisation de la figure 1 est que le corps 102 n'est pas en forme de U Le corps 102 comprend un réservoir de combustible 104 qui contient un matériau à effet de mèche 106 et qui est formé avec plusieurs ouvertures d'entrée d'air 107 dans sa paroi supérieure 108 Un tube 110 s'étend depuis la surface supérieure du réservoir 104 et communique avec celui ci Le tube est de construction identique au bras 16 de la forme de réalisation en forme de U et comprend un brûleur catalytique primaire 112, un élément de brassage 114 et un brûleur catalytique secondaire 118 qui fonctionnent de la même manière que la version précédente -Une vanne à papillon est prévueà l'extrémité de sortie 122 du tube afin de Figure 6 illustrates an alternative embodiment of the present invention The main difference between this embodiment and the embodiment of Figure 1 is that the body 102 is not U-shaped The body 102 includes a fuel tank 104 which contains a wicking material 106 and which is formed with several air inlet openings 107 in its upper wall 108 A tube 110 extends from the upper surface of the reservoir 104 and communicates with it The tube is identical in construction to arm 16 of the U-shaped embodiment and comprises a primary catalytic burner 112, a stirring element 114 and a secondary catalytic burner 118 which operate in the same way as the previous version - A butterfly valve is provided at the outlet end 122 of the tube in order to
commander l'écoulement des gaz de combustion. control the flow of combustion gases.
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