FR2678356A1 - Catalytic burner with air sucked in - Google Patents
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Abstract
Description
Brûleur catalytique à air induit
La présente invention concerne un brûleur catalytique à air induit, c est-à-dire un brûleur sans flamme pour lequel le gaz combustible est mélangé à l'air comburant, préalablement à la combustion catalytique.Catalytic burner with induced air
The present invention relates to an induced air catalytic burner, that is to say a flameless burner for which the fuel gas is mixed with the combustion air, prior to the catalytic combustion.
Conformément au document FR-A-2 654 013, pour un appareil de chauffage du type fer à souder portatif, on a décrit et proposé un tel brûleur, comprenant
- un injecteur en relation avec un conduit de gaz combustible sous pression, par exemple du butane, lui-même en relation par l'intermédiaire d'un organe de contôle du débit avec une source de ce même gaz, par exemple un réservoir intégré à l'appareil
- un organe d'admixtion d'air, dit primaire, audit jet, par exemple un organe dit "venturi", pour obtenir un courant du mélange à brûler
- une chambre de distribution en surface dudit courant
- une structure catalytique du type "nid d'abeille", comprenant un support réfractaire en céramique, par exemple cylindrique, traversé par une pluralité de canaux de combustion sans flamme, parallèles et adjacents chaque canal est ouvert, à une extrémité sur une face amont du support, en relation avec la chambre de distribution, et à l'autre extrémité sur une face aval dudit support, pour l'évacuation des fumées de combustion ; la paroi interne des canaux est revêtue directement, ou indirectement, par l'intermédiaire d'une couche minérale dite "wash-coat", d'une matière catalytique de combustion, par exemple du platine.According to the document FR-A-2 654 013, for a heater of the portable soldering iron type, such a burner has been described and proposed, comprising
an injector in connection with a fuel gas duct under pressure, for example butane, itself in contact via a flow control member with a source of the same gas, for example a tank integrated with the device
an air admixing element, said to be primary, to said jet, for example an organ called "venturi", to obtain a stream of the mixture to be burned
a distribution chamber at the surface of said stream
a catalytic structure of the "honeycomb" type, comprising a refractory ceramic support, for example cylindrical, traversed by a plurality of flameless, parallel and adjacent combustion channels, each channel is open at one end on an upstream face; the support, in relation with the distribution chamber, and at the other end on a downstream face of said support, for the evacuation of combustion fumes; the inner wall of the channels is coated directly or indirectly, via a so-called "wash-coat" mineral layer, with a catalytic combustion material, for example platinum.
Selon ce même document, de manière à augmenter la durée de vie d'un tel brûleur catalytique, les canaux de combustion sont distribués selon la section du support, dans une zone externe ou annulaire, autour d'une zone interne, axiale ou centrale, dont la perte de charge vis-à-vis du mélange à brûler est supérieure à celle de la zone externe, voire infinie. Un tel agencement permet en effet de localiser la combustion catalytique, préférentiellement du côté extérieur à la structure catalytique, là où cette dernière est à même de mieux échanger ou transférer la puissance thermique délivrée, ce qui préserve l'intérieur de cette même structure de tout échauffement excessif. According to this same document, so as to increase the service life of such a catalytic burner, the combustion channels are distributed according to the support section, in an external or annular zone, around an internal zone, axial or central, whose pressure drop vis-à-vis the mixture to be burned is greater than that of the outer zone, or even infinite. Such an arrangement makes it possible to locate the catalytic combustion, preferably on the outside of the catalytic structure, where the latter is able to better exchange or transfer the thermal power delivered, which preserves the interior of the same structure of any overheating.
En pratique, une telle solution apparaît satisfaisante mais ne suffit pas pour augmenter de manière significative la durée de vie des structures catalytiques précédemment décrites, en particulier pour des brûleurs catalytiques présentant une forte puissance spécifique ou charge thermique élevée, de l'ordre d'au moins 50 W/cm2, de dimension relativement importante, par exemple ayant un diamètre au moins égal à 10 mm, et donc de puissance thermique globale relativement importante, par exemple au moins égale à l'équivalent d'une combustion de 10 g/h de butane. Un tel brûleur peut par exemple être utilisé dans un appareil de chauffage du type réchaud de cuisson. In practice, such a solution appears satisfactory but is not sufficient to significantly increase the service life of the catalytic structures previously described, in particular for catalytic burners having a high specific power or high thermal load, of the order of from minus 50 W / cm 2, of relatively large size, for example having a diameter at least equal to 10 mm, and therefore of relatively large overall thermal power, for example at least equal to the equivalent of a combustion of 10 g / h butane. Such a burner may for example be used in a heating appliance of the type of cooking stove.
Dans ces conditions particulièrement sévères pour un brûleur catalytique à air induit, la Demanderesse a en effet observé une prise de feu dans la chambre de distribution, à brève échéance après la mise en servive du brûleur catalytique. La découverte de cette prise de feu, en amont de la structure catalytique, constitue le point de départ de la présente invention, en ce sens que cette flamme contribue bien évidemment à échauffer le support réfractaire au-delà des températures usuelles d'une combustion catalytique, et donc dégrader ledit support. Le catalyseur et donc la durée de vie de la structure catalytique se trouvent alors affectés. In these particularly severe conditions for an induced catalytic catalytic burner, the Applicant has indeed observed a fire in the distribution chamber, shortly after the commissioning of the catalytic burner. The discovery of this fire, upstream of the catalytic structure, is the starting point of the present invention, in that this flame obviously contributes to heating the refractory support beyond the usual temperatures of a catalytic combustion , and thus degrade said support. The catalyst and therefore the service life of the catalytic structure are then affected.
Par "prise de feu", on entend le fait qu'un front de flammes s'allume et se stabilise en amont et à proximité de la face amont de la structure catalytique, de telle sorte que la structure catalytique ne peut jouer qu'un rôle de post-combustion, ou aucun rôle du tout. "Fire" refers to the fact that a flame front illuminates and stabilizes upstream and close to the upstream face of the catalytic structure, so that the catalytic structure can only post-combustion role, or no role at all.
En fait, tout concourt à l'obtention d'un tel front de flammes, plutôt qu'à l'absence d'un tel front
- le front rayonnant ou radiant de combustion catalytique sans flamme se trouve situé, comme mis en évidence par ailleurs par la Demanderesse, à l'intérieur du support réfractaire de la structure catalytique, mais juste au voisinage de la face amont
- le mélange à brûler arrive sur la face amont de la structure catalytique, plus ou moins en flux laminaire
- la proportion combustible-comburant du mélange à brûler se trouve dans la zone d'inflammabilité, et la température sur la face amont de la structure catalytique est supérieure à la température d'inflammation spontanée du mélange à brûler.In fact, everything contributes to obtaining such a front of fire, rather than the absence of such a front
the radiating or radiant front of catalytic combustion without flame is located, as also demonstrated by the Applicant, inside the refractory support of the catalytic structure, but just in the vicinity of the upstream face
the mixture to be burnt arrives on the upstream face of the catalytic structure, more or less in laminar flow
the combustible-oxidant ratio of the mixture to be burned is in the flammable zone, and the temperature on the upstream face of the catalytic structure is greater than the spontaneous ignition temperature of the mixture to be burned.
Par référence à des brûleurs à flamme, on sait déjà obvier la prise de feu en amont de la chambre de combustion, en disposant sur le trajet du mélange à brûler un brise-jet, un diffuseur, ou une grille. En fait, comme montré par les résultats expérimentaux rapportés ci-après, une telle solution appliquée à un brûleur catalytique tel que défini précédemment s'avère être insuffisante vis-à-vis du phénomène prise de feu dans la chambre de distribution. With reference to flame burners, it is already known to obviate the fire taking upstream of the combustion chamber, by disposing on the path of the mixture to be burned a jetbreaker, a diffuser, or a grid. In fact, as shown by the experimental results reported below, such a solution applied to a catalytic burner as defined above is found to be insufficient vis-à-vis the phenomenon of fire in the distribution chamber.
La présente invention a donc pour objet d'apporter une solution obviant efficacement toute prise de feu au voisinage de la face amont de la structure catalytique, c'est-à-dire "léchant" en quelque sorte cette dernière. The present invention therefore aims to provide a solution effectively obvisant any fire in the vicinity of the upstream face of the catalytic structure, that is to say "licking" somehow the latter.
Selon la présente invention, on a découvert qu'une telle solution pouvait être apportée par la combinaison des moyens suivants
1) un organe convergent est disposé en aval de l'organe d'admixtion d'air, dans la direction de circulation du mélange à brûler, pour obtenir un jet accéléré du mélange à brûler ; cet organe convergent, du type tuyère, débouche dans la chambre de distribution
2) la zone interne, par exemple centrale ou axiale de la structure catalytique, est disposée en face ou en vis-à-vis de la sortie de l'organe convergent ; cette zone interne, ou sa surface amont en relation avec la chambre de distribution, est agencée, par exemple sous forme de pastille, pour former un obstacle transversal situé sur la face amont de la structure catalytique, et renvoyer en sens inverse dans la chambre de distribution, au moins une partie du jet accéléré du mélange à brûler.According to the present invention, it has been discovered that such a solution can be provided by the combination of the following means
1) a convergent member is disposed downstream of the air admixing member, in the flow direction of the mixture to be burned, to obtain an accelerated jet of the mixture to be burned; this convergent member, of the nozzle type, opens into the distribution chamber
2) the inner zone, for example central or axial of the catalytic structure, is disposed facing or facing the outlet of the convergent member; this inner zone, or its upstream surface in relation to the distribution chamber, is arranged, for example in the form of a pellet, to form a transverse obstacle situated on the upstream face of the catalytic structure, and to return in the opposite direction to the chamber of distribution, at least a portion of the accelerated jet of the mixture to be burned.
Le protocole expérimental établi ci-après démontre l'efficacité de cette solution, qui permet tout à la fois de retarder de manière importante la prise de feu, et de maintenir une combustion catalytique correcte, et bien répartie dans toute la section du brûleur catalytique. The experimental protocol established below demonstrates the effectiveness of this solution, which allows both to significantly retard the fire, and maintain a correct catalytic combustion, and well distributed throughout the catalytic burner section.
La présente invention est maintenant décrite par référence au dessin annexé, dans lequel
- la Figure 1 représente de manière schématique, avec arrachement partiel, un brûleur catalytique selon l'invention, disposé verticalement
- la Figure 2 représente une vue du dessus du même brûleur catalytique.The present invention is now described with reference to the accompanying drawing, in which
- Figure 1 shows schematically, partially broken away, a catalytic burner according to the invention, arranged vertically
- Figure 2 shows a top view of the same catalytic burner.
Conformément aux Figures 1 et 2, un brûleur catalytique selon l'invention comprend
- un injecteur 1, en relation avec une source non représentée d'un gaz combustible sous pression, par exemple du butane, pour éjecter un jet de ce même gaz
- une enveloppe métallique 2, présentant une symétrie de révolution autour de l'axe 3 qui constitue la direction d'éjection du jet de butane, à partir de l'injecteur l ; cette enveloppe comporte du bas vers le haut, une partie tubulaire 2a et une partie cylindrique 2b, de section horizontale plus importante
- un organe d'admixtion d'air primaire au jet de gaz combustible, constitué par l'interstice 3 existant entre la bordure inférieure 2c du tube 2a et l'injecteur 1, le jet éjecté de ce dernier aspirant et entraînant l'air ambiant dans ledit interstice, pour obtenir un courant d'un mélange à brûler, circulant dans le tube 2a
- une chambre 4 de distribution en surface du courant du mélange à brûler, formée par la partie inférieure de la zone cylindrique 2b de l'enveloppe 2
- une structure catalytique 5 en "nid d'abeille", comprenant un support réfractaire en céramique, traversée par une pluralité de canaux 5a de combustion sans flamme, parallèles et adjacents ; chaque canal 5a est ouvert, à une extrémité sur la face amont 6 du support, en relation avec la chambre de distribution 4, et à l'autre extrémité sur la face aval 7 du support, pour l'évacuation des fumées de combustion ; la paroi interne des canaux 5a est revêtue directement ou indirectement, d'une matière catalytique de combustion, par exemple du platine; comme le montre la Figure 2, les canaux 5a sont distribués selon la section du support dans une zone externe 8, ou périphérique, autour d'une zone interne ou centrale, dont la perte de charge vis-à-vis du mélange à brûler est supérieure à celle de la zone externe, et même infinie, en raison d'un bouchage des canaux 5b à leurs extrémités amont.According to FIGS. 1 and 2, a catalytic burner according to the invention comprises
an injector 1, in connection with a source (not shown) of a combustible gas under pressure, for example butane, for ejecting a jet of this same gas
a metal casing 2, having a symmetry of revolution about the axis 3 which constitutes the direction of ejection of the jet of butane, from the injector 1; this envelope comprises from bottom to top, a tubular portion 2a and a cylindrical portion 2b, of larger horizontal section
an element for admitting primary air to the fuel gas jet, constituted by the gap 3 existing between the bottom edge 2c of the tube 2a and the injector 1, the jet ejected from the latter suction and entraining the ambient air in said gap, to obtain a stream of a mixture to be burned, circulating in the tube 2a
a distribution chamber 4 at the surface of the stream of the mixture to be burned, formed by the lower part of the cylindrical zone 2b of the envelope 2
a "honeycomb" catalytic structure 5, comprising a ceramic refractory support, traversed by a plurality of parallel and adjacent flameless combustion channels 5a; each channel 5a is open, at one end on the upstream face 6 of the support, in relation to the distribution chamber 4, and at the other end on the downstream face 7 of the support, for the evacuation of combustion fumes; the inner wall of the channels 5a is coated directly or indirectly with a catalytic combustion material, for example platinum; as shown in FIG. 2, the channels 5a are distributed according to the section of the support in an external zone 8, or peripheral zone, around an internal or central zone, whose pressure drop with respect to the mixture to be burned is greater than that of the outer zone, and even infinite, because of a clogging of the channels 5b at their upstream ends.
Selon l'invention, un organe convergent 10 est disposé en aval de l'organe 3 d'admixtion d'air, selon l'axe 3, c'est-à-dire dans la direction de circulation du mélange à brûler. Cet organe 10 débouche dans la chambre de distribution 4, au voisinage de la structure catalytique 5. Comme représenté, le matériau de bouchage 11, disposé dans l'extrémité amont des canaux 5b, permet d'obtenir un obstacle transversal situé dans le plan et sur la face amont de la structure catalytique, pour renvoyer en sens inverse, dans la chambre de distribution 4, au moins une partie du jet accéléré du mélange à brûler. According to the invention, a convergent member 10 is disposed downstream of the air admixing member 3, along the axis 3, that is to say in the direction of circulation of the mixture to be burned. This member 10 opens into the distribution chamber 4, in the vicinity of the catalytic structure 5. As shown, the closure material 11, disposed in the upstream end of the channels 5b, provides a transverse obstacle located in the plane and on the upstream face of the catalytic structure, to return in the opposite direction, in the distribution chamber 4, at least a portion of the accelerated jet of the mixture to be burned.
Bien entendu, l'obturation des canaux 5b peut être remplacée par une pastille transversale, fixée dans la zone axiale et sur la face amont 6 de la structure 5. Of course, the closure of the channels 5b can be replaced by a transverse pellet, fixed in the axial zone and on the upstream face 6 of the structure 5.
L'efficacité apportée par la présente invention a été comparée avec d'autres solutions, toutes choses égales par ailleurs, c'est-à-dire pour un même bûleur catalytique, présentant une section carrée de 21 mm x 21 mm, avec un taux d'aération du mélange à brûler de 1,2, et pour une puissance spécifique de la structure catalytique de 50 W/cm2.Les résultats comparatifs, rapportés dans le tableau ci-après, ont été obtenus
Améliorations dues à l'apport d'une pastille
en amont du catalyseur
Cata 21x21 / TA = 1,2 / 50 W/cm2
Improvements due to the contribution of a pastille
upstream of the catalyst
Cata 21x21 / TA = 1.2 / 50 W / cm2
<tb> <SEP> Nature <SEP> du <SEP> Nature <SEP> de <SEP> l'obstacle <SEP> Temps <SEP> d'obtention
<tb> <SEP> support <SEP> réfractaire <SEP> placé <SEP> entre <SEP> l'injecteur <SEP> de <SEP> la
<tb> de <SEP> la <SEP> structure <SEP> catalytique <SEP> et <SEP> la <SEP> structure <SEP> catalytique <SEP> prise <SEP> de <SEP> feu
<tb> <SEP> Matériau <SEP> dit <SEP> Diffuseur <SEP> 12 <SEP> trous
<tb> <SEP> "ZIRKON <SEP> MULLIT"
<tb> <SEP> Diffuseur <SEP> central <SEP> 70 <SEP> heures
<tb> <SEP> avec <SEP> Brise <SEP> jet
<tb> <SEP> Solution <SEP> selon <SEP> invention <SEP> 220 <SEP> heures
<tb> <SEP> (cf <SEP> Fig.<SEP> 1 <SEP> et <SEP> 2)
<tb> <SEP> Matériau <SEP> dit <SEP> Diffuseur <SEP> 12 <SEP> trous <SEP> 60 <SEP> heures
<tb> <SEP> "CORDIERITE" <SEP> I <SEP>
<tb> <SEP> Solution <SEP> selon <SEP> invention <SEP> g <SEP> > <SEP> 22Q <SEP> heures
<tb>
Par diffuseur "12 trous", on entend la disposition dans le tube 2a, en lieu et place de l'organe convergent 10 comportant 12 trous répartis régulièrement.<tb><SEP> Nature <SEP> of <SEP> Nature <SEP> of <SEP> Obstacle <SEP> Time <SEP> of Obtaining
<tb><SEP> support <SEP> refractory <SEP> placed <SEP> between <SEP> injector <SEP> of <SEP> la
<tb> of <SEP> the <SEP> structure <SEP> catalytic <SEP> and <SEP> the <SEP> structure <SEP> catalytic <SEP> taken <SEP> of <SEP> fire
<tb><SEP> Material <SEP> says <SEP> Diffuser <SEP> 12 <SEP> holes
<tb><SEP>"ZIRKON<SEP>MULLIT"
<tb><SEP> Diffuser <SEP> central <SEP> 70 <SEP> hours
<tb><SEP> with <SEP> Breeze <SEP> jet
<tb><SEP> Solution <SEP> according to <SEP> invention <SEP> 220 <SEP> hours
<tb><SEP> (see <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> and <SEP> 2)
<tb><SEP> Material <SEP> says <SEP> Diffuser <SEP> 12 <SEP> holes <SEP> 60 <SEP> hours
<tb><SEP>"CORDIERITE"<SEP> I <SEP>
<tb><SEP> Solution <SEP> according to <SEP> invention <SEP> g <SEP>><SEP> 22Q <SEP> hours
<Tb>
By diffuser "12 holes" means the arrangement in the tube 2a, instead of the convergent member 10 having 12 regularly distributed holes.
Par "diffuseur central avec brise jet", on entend un obstacle disposé en lieu et place de l'organe convergent 10, selon la direction 3, permettant de briser et diffuser régulièrement le courant du mélange à brûler circulant dans le conduit 2a. By "central diffuser with jet breeze" means an obstacle disposed instead of the convergent member 10, in the direction 3, to break and distribute regularly the current of the mixture to be burned flowing in the conduit 2a.
Comme déjà dit, le brûleur catalytique précédemment décrit peut appartenir à tout appareil de chauffage, quelle que soit la fonction ou l'utilisation de ce dernier, par exemple soudure, générateur d'air chaud, etc... As already mentioned, the catalytic burner previously described may belong to any heating device, whatever the function or the use of the latter, for example solder, hot air generator, etc.
Claims (3)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR9108343A FR2678356B1 (en) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | INDUCED AIR CATALYTIC BURNER. |
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|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |