FR2914985A1

FR2914985A1 - Thermal generator operation implementing method for e.g. detached house, involves evacuating combustion product to atmosphere, and varying fuel flow in fuel supplying device without varying fuel pressure in fuel supplying device

Info

Publication number: FR2914985A1
Application number: FR0702596A
Authority: FR
Inventors: Gerard Henri Nicolas Martin
Original assignee: Atanor SA
Current assignee: Atanor SA
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-17
Anticipated expiration: 2027-04-10
Also published as: FR2914985B1

Abstract

The method involves supplying the liquid fuel e.g. kerosene, in interior volume of a thermal generator by a fuel supplying device (113), and dispersing and vaporizing the fuel in the comburent at the level of a dispersing and vaporizing device (112). The combustion is realized at the level of a burner (103), and part of the combustion product heat is recovered to transfer the fluid to be heated. The combustion product is evacuated to atmosphere, and the power of the generator is modified. The fuel flow in the supplying device is varied without varying the fuel pressure in the supplying device.

Description

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN GENERATEUR THERMIQUE MODULABLE EN PUISSANCEMETHOD FOR CONTROLLING A POWER-MODULATING THERMAL GENERATOR

La présente invention concerne un procédé de pilotage d'un générateur thermique hautement modulable en puissance. Au sens de l'invention, un tel générateur thermique est destiné à équiper des habitations individuelles, seul ou en association avec d'autres sources d'énergie (solaire ou biomasse par exemple), des habitacles de moyens de transport terrestre ou aérien ou encore toutes applications ayant des besoins en énergie très variables dans le temps. II présente une puissance disponible relativement faible, par rapport notamment aux générateurs thermiques de type industriel. Ainsi, les générateurs thermiques visés par l'invention présentent typiquement une puissance inférieure à 10 kWth. The present invention relates to a method for controlling a highly variable heat generator power. In the sense of the invention, such a heat generator is intended to equip individual dwellings, alone or in combination with other sources of energy (solar or biomass for example), interiors of land or air transport means or all applications with very variable energy needs over time. It has a relatively low available power, particularly with respect to thermal generators of industrial type. Thus, the thermal generators covered by the invention typically have a power of less than 10 kWth.

Au sens de l'invention, un tel générateur thermique est destiné à fonctionner avec un combustible, qui se trouve liquide à température et pression ambiantes. Dans ces conditions, un tel combustible est par exemple de l'essence, un naphta, du kérosène, du gazole, du fuel domestique, de l'alcool éthylique, de l'ester méthylique ou éthylique d'huile végétale ou encore de l'huile végétale elle-même. Un tel combustible est destiné à être vaporisé, en service, lors de sa mise en contact avec un comburant. Au sens de l'invention, un tel comburant est par exemple de l'air, des fumées recyclées dont la teneur en oxygène est élevée, notamment supérieure à 15%, ou bien encore de l'air vicié par des hydrocarbures ou des substances organiques. Le générateur thermique de l'invention est équipé d'un support de combustion, qui peut être entre autres une structure métallique ou céramique poreuse telle une grille, un fritté, une mousse, un feutre, des fibres tricotées, ou encore un monolithe. Ces différents supports peuvent être éventuellement imprégnés de catalyseurs. Le fluide qui est susceptible d'être chauffé, au moyen du générateur thermique de l'invention, est par exemple de l'eau, de l'air, une huile thermique, ou bien encore tout type de liquide ou de gaz. Within the meaning of the invention, such a thermal generator is intended to operate with a fuel, which is liquid at ambient temperature and pressure. Under these conditions, such a fuel is, for example, gasoline, naphtha, kerosene, diesel fuel, domestic fuel oil, ethyl alcohol, vegetable oil methyl or ethyl ester, or vegetable oil itself. Such fuel is intended to be vaporized, in use, when it comes into contact with an oxidizer. For the purposes of the invention, such an oxidant is, for example, air, recycled fumes with a high oxygen content, especially greater than 15%, or even air contaminated with hydrocarbons or organic substances. . The thermal generator of the invention is equipped with a combustion support, which can be inter alia a porous metal or ceramic structure such as a grid, a sinter, a foam, a felt, knitted fibers, or a monolith. These different supports can be optionally impregnated with catalysts. The fluid that can be heated by means of the thermal generator of the invention is for example water, air, a thermal oil, or any type of liquid or gas.

De manière classique, un générateur thermique fonctionnant avec un combustible liquide comprend un équipement de combustion, généralement appelé brûleur , associé à un volume intérieur dans lequel la combustion se développe sous la forme d'une flamme. L'équipement de combustion comporte une alimentation en combustible et une alimentation en comburant. Le dispositif d'alimentation en combustible est associé à une pompe, qui impose une pression nettement supérieure à la pression atmosphérique, en général voisine de 6 à 10 bars pour les générateurs thermiques d'une puissance comprise entre 15 et 70 kW. Conventionally, a thermal generator operating with a liquid fuel comprises combustion equipment, generally called burner, associated with an interior volume in which the combustion develops in the form of a flame. The combustion equipment has a fuel supply and an oxidizer feed. The fuel supply device is associated with a pump, which imposes a pressure much higher than atmospheric pressure, generally around 6 to 10 bar for thermal generators with a power of between 15 and 70 kW.

Le combustible sous pression est envoyé dans un gicleur où il est par exemple mis en rotation dans une cavité interne, puis expulsé vers le volume intérieur au travers d'un orifice de taille réduite, où il forme un film de forme sensiblement conique qui se déchire en fines gouttelettes. Ces fines gouttelettes se dispersent et se vaporisent progressivement au contact du comburant et des produits de combustion recyclés. Le recyclage des produits de combustion au sein même de la capacité est obtenu soit par effet dit de swirl , c'est-à-dire par mise en rotation de tout ou partie du comburant avant son entrée dans le volume intérieur, soit par un élément dit de blocage créant des recirculations de gaz chauds. The pressurized fuel is sent to a nozzle where it is for example rotated in an internal cavity, then expelled to the inner volume through a small orifice, where it forms a substantially conical shaped film which tears in fine droplets. These fine droplets disperse and gradually vaporize in contact with the oxidant and recycled combustion products. The recycling of combustion products within the capacity is obtained either by so-called swirl effect, that is to say by rotating all or part of the oxidant before entering the interior volume, or by an element said blocking creating recirculations of hot gases.

C'est le recyclage d'une partie des produits de combustion qui stabilise et entretient le processus de combustion. Celle-ci se déroule au fur et à mesure que combustible et comburant se rencontrent. On parle dans ce cas de flamme de diffusion. Dans le domaine du chauffage domestique, les besoins baissent régulièrement avec la diminution des tailles des appartements et des pavillons, ainsi que grâce à l'amélioration de l'isolation des bâtiments. Dans ces conditions, les puissances exigées pour satisfaire ces besoins peuvent se situer sensiblement au-dessous de 10 kW. Dans le même temps, les besoins en eau chaude sanitaire ont tendance à augmenter et, à défaut de système d'accumulation, exigent des puissances instantanées de plus en plus élevées, supérieures à 20 kWth. Ces deux effets combinés nécessitent donc des générateurs thermiques dont la modulation en puissance doit être de plus en plus grande. It is the recycling of some of the combustion products that stabilizes and maintains the combustion process. This takes place as fuel and oxidizer meet. In this case we speak of diffusion flame. In the area of home heating, needs are falling steadily as the size of flats and flats has decreased, as well as the improvement of building insulation. Under these conditions, the powers required to satisfy these needs can be substantially below 10 kW. At the same time, domestic hot water needs tend to increase and, in the absence of an accumulation system, require higher and higher instantaneous powers, above 20 kWth. These two combined effects therefore require thermal generators whose power modulation must be greater and greater.

Par ailleurs, les systèmes solaires combinés fournissant à la fois de l'eau chaude sanitaire et du chauffage ne sont pas suffisants pour couvrir tous les besoins domestiques en période hivernale. Ils nécessitent une source d'énergie d'appoint offrant une grande modularité en puissance, entre 0 et 10 kWth. Enfin, les systèmes de chauffage utilisant la biomasse voient leurs performances environnementales sensiblement dégradées en marche réduite. Dans ces conditions, il pourrait être avantageux de faire fonctionner ces systèmes en permanence à leur marche nominale et de gérer la variation de la demande en puissance via un procédé tel que celui de l'invention. La gamme de puissances comprises entre 5 et 25 kWth est couverte de façon satisfaisante par les chaudières à gaz naturel, qui se sont progressivement adaptées à ces évolutions. On retrouve également de plus en plus couramment des dispositifs à condensation, ce qui permet des économies de combustible. Par ailleurs, on observe aussi un développement des brûleurs à support poreux, permettant une réduction simultanée des émissions d'imbrûlés gazeux et d'oxydes d'azote. En revanche, les générateurs thermiques utilisant un combustible liquide, tels que ceux visés par l'invention, ne permettent pas jusqu'à présent de fournir une réponse satisfaisante aux besoins évoqués ci-dessus, entre autres pour des limitations techniques. En effet, il est délicat de concevoir ces générateurs thermiques, de sorte qu'ils aient une puissance inférieure à 10 kW, car on ne trouve pas sur le marché de gicleurs susceptibles de délivrer du combustible liquide, à un débit inférieur à 1 I/h. Par ailleurs, la modulation en puissance de ces générateurs est obtenue en faisant varier la pression en amont du gicleur, parce qu'il existe une relation de proportionnalité entre le débit de combustible et le carré de ladite pression. Moreover, combined solar systems providing both hot water and heating are not sufficient to cover all domestic needs in winter. They require an extra source of energy with a high power modularity, between 0 and 10 kWth. Finally, heating systems using biomass have their environmental performance significantly degraded during reduced operation. Under these conditions, it could be advantageous to operate these systems permanently at their nominal running and to manage the variation of power demand via a method such as that of the invention. The range of powers between 5 and 25 kWth is satisfactorily covered by natural gas boilers, which have gradually adapted to these developments. Condensing devices are also becoming more common, resulting in fuel savings. In addition, there is also a development of porous support burners, allowing a simultaneous reduction of emissions of unburned gases and nitrogen oxides. On the other hand, the thermal generators using a liquid fuel, such as those targeted by the invention, do not hitherto make it possible to provide a satisfactory response to the needs mentioned above, inter alia for technical limitations. Indeed, it is difficult to design these thermal generators, so that they have a power of less than 10 kW, because there is no sprinkler on the market that can deliver liquid fuel, at a rate of less than 1 I / h. Furthermore, the power modulation of these generators is obtained by varying the pressure upstream of the nozzle, because there is a relationship of proportionality between the fuel flow and the square of said pressure.

Cela signifie qu'il faut faire fortement varier la pression pour obtenir une modification du débit de combustible. Or, la qualité de la pulvérisation se dégrade rapidement, dès que la pression est inférieure à 5 bars, avec comme conséquence une mauvaise combustion, des émissions polluantes importantes et un encrassement accéléré du générateur thermique. Dans ces conditions, il n'existe pas de générateur thermique d'une puissance inférieure à 10 kW et aucun de ceux disponibles n'est modulable en puissance, le fonctionnement en tout ou rien prévalant dans tous les cas. This means that the pressure must be varied greatly to obtain a change in the fuel flow. However, the quality of the spray deteriorates rapidly, as soon as the pressure is less than 5 bar, resulting in poor combustion, significant pollutant emissions and accelerated fouling of the thermal generator. Under these conditions, there is no thermal generator with a power of less than 10 kW and none of those available is scalable in power, operation in all or nothing prevailing in all cases.

Ceci étant précisé, la présente invention vise à apporter une réponse aux limitations des générateurs thermiques actuels, de manière à leur conférer un fonctionnement plus modulaire. L'invention vise non seulement les applications domestiques classiques, mais également à proposer un apport énergétique pour les installations de chauffage solaire, lorsque l'ensoleillement est insuffisant, ainsi que pour les installations à biomasse, afin de les opérer à marche constante et de cette façon améliorer leur performance environnementale. L'invention trouve également son application au chauffage de tout type d'engin de transport terrestre, tels que véhicule léger, poids lourd ou train, maritime tel que bateau ou aérien tel que cabine d'avion. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un générateur thermique fonctionnant avec un combustible liquide à température ambiante, destiné à être vaporisé lors de sa mise en contact avec un comburant, dans lequel : - on alimente ce comburant dans le volume intérieur du générateur, - on alimente ce combustible liquide dans ce volume intérieur, par l'intermédiaire d'un dispositif d'alimentation en combustible, - on disperse et on vaporise le combustible dans le comburant, au niveau d'un dispositif de dispersion et de vaporisation, - on réalise une combustion au niveau d'un brûleur dont l'élément de stabilisation de la combustion est un support poreux, - on récupère au moins une partie de la chaleur des produits de combustion, afin de la transférer à un fluide à réchauffer, et - on évacue à l'atmosphère les produits de combustion, caractérisé en ce que, en vue de modifier la puissance de ce générateur thermique, on fait varier le débit de combustible dans le dispositif d'alimentation en combustible, sans faire varier sensiblement la pression de ce combustible dans ce dispositif d'alimentation. Selon d'autres caractéristiques : - on alimente ce combustible à une basse pression, notamment voisine de la pression atmosphérique ; - on forme des gouttelettes de combustible en utilisant un dispositif de génération de gouttelettes de type piézo-électrique et on fait varier la fréquence de génération des gouttelettes, afin de faire varier la puissance ; - on utilise, en tant que dispositif de dispersion et de vaporisation, un élément en matériau poreux, percé d'ouvertures de passage du comburant, et on alimente cet élément poreux au moyen dudit combustible, en régulant le débit grâce à une vanne ; - le débit d'alimentation en combustible est compris entre 0,001 et 10 I/h et de préférence entre 0,1 et 1 I/h ; - on met en contact le combustible et le comburant en plusieurs points ; - le nombre de points de mise en contact, par mètre carré de section de passage du comburant dans la zone de mise en contact du combustible et du comburant, est supérieur à 500, et de préférence supérieur à 2500 ; - on met en échange de chaleur la fraction de comburant s'écoulant en amont du brûleur, ainsi que la fraction de produits de combustion s'écoulant en aval de ce brûleur ; - on porte le comburant, au niveau de sa mise en contact avec le combustible, à une température suffisante pour assurer la vaporisation complète de ce combustible dans le volume situé entre le dispositif de dispersion et de vaporisation et la grille de répartition du mélange comburant/combustible. That being said, the present invention aims to provide a response to the limitations of current thermal generators, so as to give them a more modular operation. The invention is aimed not only at conventional domestic applications, but also at providing an energy supply for solar heating installations, when there is insufficient sunshine, as well as for biomass plants, in order to operate them at a steady pace and this how to improve their environmental performance. The invention is also applicable to the heating of any type of land transport vehicle, such as light vehicle, truck or train, maritime such as boat or air such as aircraft cabin. For this purpose, the subject of the invention is a method of implementing a heat generator operating with a liquid fuel at ambient temperature, intended to be vaporized when it is brought into contact with an oxidant, in which: - it feeds this oxidizer in the interior volume of the generator, - this liquid fuel is fed into this interior volume, via a fuel supply device, - the fuel is dispersed and vaporized in the oxidizer, at the level of a dispersion and vaporization device, - a combustion is carried out at a burner whose combustion stabilization element is a porous support, - at least a portion of the heat of the combustion products is recovered, in order to transfer it to a fluid to be heated, and - the combustion products are evacuated to the atmosphere, characterized in that, in order to modify the power of this thermal generator, the fuel flow in the fuel supply device, without substantially varying the pressure of the fuel in the feeder. According to other characteristics: - this fuel is fed at a low pressure, in particular close to the atmospheric pressure; fuel droplets are formed using a piezoelectric droplet generation device and the droplet generation frequency is varied in order to vary the power; - As a dispersion and vaporization device, a porous material element pierced with openings for the passage of the oxidizer is used, and this porous element is fed with said fuel, regulating the flow rate by means of a valve; the feed rate of fuel is between 0.001 and 10 l / h and preferably between 0.1 and 1 l / h; the fuel and the oxidant are brought into contact at several points; the number of contacting points, per square meter of section of passage of the oxidant in the zone of bringing the fuel and the oxidant into contact, is greater than 500, and preferably greater than 2500; the heat exchanger fraction flowing upstream of the burner, as well as the fraction of combustion products flowing downstream of this burner, are exchanged for heat; the oxidant is brought to the level of its contact with the fuel at a temperature sufficient to ensure the complete vaporization of this fuel in the volume situated between the dispersion and vaporization device and the distribution grid of the oxidizer / mixture. combustible.

L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale, illustrant un générateur thermique conforme à l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe transversale, respectivement selon les lignes II-II et III-III à la figure 1 ; et - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale, à plus grande échelle que la figure 1, illustrant une variante de réalisation de l'invention. Le générateur thermique conforme à l'invention, illustré sur la figure 1, comprend tout d'abord un fût cylindrique métallique 100, fermé à ses extrémités supérieure et inférieure par deux fonds plats 101a et 101b. Un serpentin 102, de forme sensiblement hélicoïdale, qui est logé à l'intérieur de ce fût est parcouru par le fluide à chauffer, dont l'alimentation se fait généralement par Ne haut et la sortie par la partie inférieure. Le générateur comprend en outre un brûleur 103 formé d'un support poreux métallique mince 104, associé à une grille 105 de répartition du mélange comburant/combustible. Ce brûleur est fixé sur une enveloppe cylindrique métallique 106, elle-même fixée à une autre enveloppe métallique cylindrique 107. L'ensemble est supporté par la bride supérieure du fût 100. Une fois monté, le brûleur repose sur un tube à flamme 108, fixé sur le fond plat 101b. lin joint 109, placé dans une gorge 110 solidaire du tube à flamme, assure l'étanchéité entre l'intérieur 11la de ce tube à flamme et la zone d'échange thermique 111b, de forme annulaire. Ce joint sert également à compenser les dilatations du tube à flamme et des enveloppes cylindriques 106 et 107. The invention will be described below, with reference to the accompanying drawings, given solely by way of non-limiting examples, in which: - Figure 1 is a longitudinal sectional view, illustrating a thermal generator according to the invention; - Figures 2 and 3 are cross-sectional views respectively along the lines II-II and III-III in Figure 1; and - Figure 4 is a longitudinal sectional view, on a larger scale than Figure 1, illustrating an alternative embodiment of the invention. The thermal generator according to the invention, illustrated in Figure 1, comprises first a cylindrical metal drum 100, closed at its upper and lower ends by two flat bottoms 101a and 101b. A serpentine 102, of substantially helical shape, which is housed inside this barrel is traversed by the fluid to be heated, the supply is generally by Ne top and the outlet by the lower part. The generator further comprises a burner 103 formed of a thin metal porous support 104, associated with a grid 105 for distributing the oxidant / fuel mixture. This burner is fixed on a cylindrical metal envelope 106, itself attached to another cylindrical metal casing 107. The assembly is supported by the upper flange of the barrel 100. Once mounted, the burner rests on a flame tube 108, fixed on the flat bottom 101b. flange 110, placed in a groove 110 secured to the flame tube, seals between the inside 11la of this flame tube and the annular heat exchange zone 111b. This seal also serves to compensate for the expansion of the flame tube and the cylindrical casings 106 and 107.

Le tube à flamme est muni d'orifices 108a par lesquels transitent les produits de combustion, par les flèches F. L'emplacement de ces orifices est tel que les produits de combustion sont dirigés jusqu'à la partie inférieure du générateur, pour ensuite remonter le long de quasiment la totalité du serpentin 102. The flame tube is provided with orifices 108a through which the products of combustion pass through the arrows F. The location of these orifices is such that the combustion products are directed to the bottom of the generator, and then back up. along almost all of the coil 102.

Il est par ailleurs prévu un système d'injection du combustible liquide, qui comprend une rampe 112 percée d'une multitude d'orifices orientés vers la grille 105. Cette rampe est en communication avec une tubulure d'alimentation 113 en combustible, associée à un générateur d'impulsions 114, ainsi qu'à une liaison 115 avec la capacité de stockage du combustible, qui n'est pas représentée sur cette figure 1. Comme le montre plus précisément la figure 2, la rampe 112 de dispersion et de vaporisation forme par exemple une spirale, qui s'étend depuis la jonction avec la tubulure 113 jusqu'à la périphérie de l'enveloppe cylindrique 106. Cette tubulure est percée, à sa partie basse, d'une pluralité d'orifices 112', formant des points d'injection. Ces orifices sont répartis régulièrement sur la section transversale de passage d'air délimitée par l'enveloppe 106. De façon avantageuse, le nombre d'orifices, par mètre carré de section de passage d'air, est supérieur à 500, de préférence à 2500. On notera que, plus le nombre de points d'injection de combustible est important, et plus la distance d, illustrée sur la figure 1, entre la rampe d'injection 112 et la grille de répartition du mélange comburant/combustible 105, est faible. There is also provided a liquid fuel injection system, which comprises a ramp 112 pierced with a multitude of orifices oriented towards the gate 105. This ramp is in communication with a supply pipe 113 for fuel, associated with a pulse generator 114, and a link 115 with the fuel storage capacity, which is not shown in this FIG. 1. As shown more precisely in FIG. 2, the dispersion and vaporization ramp 112 for example a spiral, which extends from the junction with the tubing 113 to the periphery of the cylindrical casing 106. This tubing is pierced, at its lower part, with a plurality of orifices 112 'forming injection points. These orifices are evenly distributed over the cross section of air passage delimited by the envelope 106. Advantageously, the number of orifices per square meter of air passage section is greater than 500, preferably greater than 500, preferably 2500. It will be noted that, the greater the number of fuel injection points, and the greater the distance d, illustrated in FIG. 1, between the injection ramp 112 and the distribution grid of the oxidant / fuel mixture 105, is weak.

Le générateur d'impulsions 114, qui est de type piézo-électrique, permet de générer des microgouttelettes, par mise en oeuvre de cet effet piézo-électrique. La formation de telles microgouttelettes est par exemple connue de FR-A-2 868 966. De façon avantageuse, une goutte unique est éjectée à chaque impulsion du générateur 114, par l'intermédiaire de l'un des orifices 112' dont est pourvue la rampe d'injection 112. La taille de ces microgouttelettes est par exemple comprise entre 20 et 1000 microns (micromètres), de préférence entre 50 et 150 microns. Le générateur d'impulsions piézo-électrique 114 ne nécessite pas d'être associé à une pompe, pour autant que le système d'alimentation soit en charge, à savoir que la capacité de stockage du combustible soit placée au-dessus de la rampe d'injection 112, afin d'assurer l'alimentation gravitaire de celle-ci. L'air préchauffé s'écoule au voisinage de la spirale 112, puis entraîne et vaporise les microgouttelettes générées par cette dernière. La température de cet air est telle, que les gouttelettes sont avantageusement totalement vaporisées lors de l'arrivée du mélange sur la grille 105. Le générateur comporte en outre un dispositif de préchauffage électrique 116 de l'air de combustion, alimenté en courant à partir d'un boîtier 117. Ce dispositif se présente également sous forme d'un élément en spirale, traversé par l'air à chauffer. Il n'est activé que pendant un temps très court, de l'ordre de quelques secondes, au moment du démarrage de la chaudière. The pulse generator 114, which is of the piezoelectric type, makes it possible to generate microdroplets by implementing this piezoelectric effect. The formation of such microdroplets is for example known from FR-A-2 868 966. Advantageously, a single drop is ejected at each pulse of the generator 114, via one of the orifices 112 'which is provided with injection ramp 112. The size of these microdroplets is for example between 20 and 1000 microns (micrometers), preferably between 50 and 150 microns. The piezoelectric pulse generator 114 does not need to be associated with a pump, as long as the supply system is in charge, namely that the fuel storage capacity is placed above the ramp. injection 112, to ensure the gravitational supply thereof. The preheated air flows in the vicinity of the spiral 112, then drives and vaporizes the microdroplets generated by the latter. The temperature of this air is such that the droplets are advantageously completely vaporized upon arrival of the mixture on the grid 105. The generator further comprises an electric preheating device 116 of the combustion air, supplied with current from 117. This device is also in the form of a spiral element, through which the air to be heated. It is only activated for a very short time, of the order of a few seconds, at the start of the boiler.

Un échangeur à ailettes 118, de type air/fumées, est disposé sur l'enveloppe 107. Comme le montre plus précisément la figure 3, les différentes ailettes relient le conduit central 111c, où l'air s'écoule de manière descendante selon les flèches ainsi que le conduit périphérique 111 b d'échange thermique, où ces fumées remontent selon la flèche f2, au voisinage du serpentin 102. Ainsi, une partie de l'énergie véhiculée par les fumées dans ce conduit périphérique 111 b est captée par les ailettes extérieures 119a, traverse par conduction l'enveloppe 107, puis est cédée à l'air circulant dans le conduit central, grâce aux ailettes 119b. Après avoir parcouru cet échangeur 118, les fumées traversent le serpentin 102, avant d'être dirigées dans un collecteur 121, puis vers une conduite d'évacuation 122. On retrouve en outre un moto-ventilateur 130, destiné à assurer l'alimentation en air de combustion. Ce moto-ventilateur, qui est par exemple du type centrifuge, est positionné à la paroi de l'enveloppe 107. Le flux d'air produit par ce moto-ventilateur pénètre dans la chaudière en amont de l'échangeur 118, via une canalisation 131. L'air ainsi introduit possède un mouvement de rotation, mais il se trouve redressé en traversant l'échangeur précité 118. On retrouve en outre un dispositif d'allumage 132 du brûleur, composé d'un système d'électrodes alimentées électriquement à partir du fond plat 101b. Ces électrodes sont placées à quelques millimètres de la surface du brûleur. Afin d'éviter les points chauds dans la zone de vaporisation et de mélange du combustible avec le comburant, il est prévu des éléments d'isolation thermique, en particulier un élément cylindrique 140. Une isolation 141, solidaire d'une tubulure métallique 142, permet de préserver de la chaleur toutes les alimentations du brûleur et des dispositifs annexes. A fin-type exchanger 118, of air / fumes type, is disposed on the casing 107. As shown more precisely in FIG. 3, the different fins connect the central duct 111c, where the air flows downwards according to the arrows and the peripheral duct 111 b of heat exchange, where these fumes rise along the arrow f2, in the vicinity of the coil 102. Thus, a portion of the energy carried by the fumes in the peripheral duct 111 b is captured by the outer fins 119a, passes through the casing 107, then is transferred to the air flowing in the central duct, thanks to the fins 119b. After having traversed this exchanger 118, the fumes pass through the coil 102, before being directed into a manifold 121, then to a discharge pipe 122. There is furthermore a motor-fan 130, intended to supply the combustion air. This fan motor, which is for example centrifugal type, is positioned at the wall of the casing 107. The air flow produced by this motor-fan enters the boiler upstream of the exchanger 118, via a pipe 131. The air thus introduced has a rotational movement, but it is straightened by crossing the aforementioned exchanger 118. There is also an ignition device 132 of the burner, consisting of a system of electrodes electrically powered to from the flat bottom 101b. These electrodes are placed a few millimeters from the surface of the burner. In order to avoid hot spots in the vaporization zone and for mixing the fuel with the oxidant, thermal insulation elements are provided, in particular a cylindrical element 140. An insulation 141, integral with a metal tubing 142, allows to preserve from heat all the power supplies of the burner and the auxiliary devices.

Le fond plat 101b est également protégé de la chaleur, au moyen d'un disque isolant 143. Le générateur est enfin muni d'une instrumentation, qui se compose tout d'abord d'une mesure de température 150, placée immédiatement en aval du brûleur et destinée à s'assurer de l'existence d'une flamme. En dehors de la phase de démarrage, toute valeur mesurée inférieure à un seuil prédéterminé entraîne l'arrêt du brûleur. Cette instrumentation comporte en outre une mesure de température 151, située en amont de la grille 105. L'objectif de cette mesure est de s'assurer que la température de l'air est suffisamment élevée pour garantir une bonne vaporisation du combustible. Cette mesure permet de plus de s'assurer qu'il n'y a pas de phénomène de flash-back , à savoir de départ de combustion en amont du support poreux 104. Une mesure de température 152, placée en sortie du serpentin 102, permet de s'assurer que le fluide ne dépasse pas une valeur seuil. Enfin, un capteur de pression 160, placé en aval du moto-ventilateur 130 et en amont de l'échangeur 118, permet de s'assurer qu'il n'y a pas d'obstacle sur le circuit air/fumées. Il s'agit également d'un organe de sécurité. Le pilotage du générateur thermique conforme à l'invention, décrit ci- dessus, est le suivant. En marche nominale, à savoir pour une puissance classique voisine de 10 kWth, le débit de combustible, s'écoulant par la tubulure 113, est par exemple voisin de 1 I/h. Dans ces conditions, on génère entre 50 000 et 200 000 gouttes par seconde, grâce au générateur piézo-électrique 114 et au travers des orifices 112' qui sont régulièrement répartis le long de la rampe en spirale 112. La pression du combustible liquide, à l'intérieur de la tubulure 113, est voisine de la pression atmosphérique. Si on désire baisser la puissance, dans le cas où la demande énergétique est inférieure, on réduit le débit de combustible en diminuant la fréquence de génération de gouttes, sachant que la taille des gouttes est sensiblement indépendante de ladite fréquence. En revanche, si la puissance est supérieure, on augmente ce débit de combustible, en élevant la fréquence de génération des gouttes. On notera que, quelles que soient les valeurs de ce débit et de cette fréquence de génération, la valeur de la pression du liquide est sensiblement inchangée, à savoir voisine de la pression atmosphérique. L'invention est avantageuse par rapport à l'état de la technique présenté ci-dessus. En effet, dans l'art antérieur, pour réguler la puissance du générateur, il faudrait modifier le débit de combustible en changeant la pression du liquide en amont du gicleur. A titre d'exemple, dans une chaudière domestique de 15 kW, la pression du liquide est voisine de 7 bars. On conçoit donc que, si on désire abaisser la puissance à des valeurs relativement faibles, par exemple inférieures à 10 kW, il s'agit d'abaisser également la pression, à des valeurs inférieures à 3 bars. On touche cependant là aux limites de l'état de la technique, dans la mesure où la qualité de production des gouttelettes devient insuffisante pour des pressions inférieures à 5 bars. Dans ces conditions, les gouttelettes deviennent de plus en plus grosses et se vaporisent de plus en plus mal. En outre, la dynamique du jet de gouttelettes généré par le gicleur se dégrade et le mélange du combustible avec le comburant se fait de plus en plus mal. Dans ces conditions, la combustion fournie par le générateur thermique ne se révèle pas du tout satisfaisante. Elle conduit à des émissions d'imbrûlés gazeux et solides importantes et à un encrassement accru du générateur. Au contraire, dans l'invention, la modification de puissance ne s'accompagne pas de modification de pression du combustible. En effet, le facteur permettant de modifier cette puissance est la fréquence de génération des gouttes, ce qui n'a pas d'incidence sur la qualité de ces gouttes et la performance du brûleur. Dans ces conditions, l'invention autorise un fonctionnement sur une très large plage de puissances, entre la marche nominale et seulement 5 % de cette marche nominale, sans dégradation de performance. Ainsi, il ne s'ensuit aucune baisse sensible du rendement énergétique global, ni d'émission polluante supplémentaire. The flat bottom 101b is also protected from heat, by means of an insulating disk 143. The generator is finally provided with an instrumentation, which firstly consists of a temperature measurement 150 placed immediately downstream of the burner and intended to ensure the existence of a flame. Outside the start-up phase, any measured value lower than a predetermined threshold causes the burner to stop. This instrumentation further comprises a temperature measurement 151, located upstream of the grid 105. The objective of this measurement is to ensure that the air temperature is high enough to ensure good fuel vaporization. This measurement also makes it possible to ensure that there is no flashback phenomenon, namely combustion start upstream of the porous support 104. A temperature measurement 152 placed at the outlet of the coil 102, ensures that the fluid does not exceed a threshold value. Finally, a pressure sensor 160 placed downstream of the fan motor 130 and upstream of the exchanger 118 makes it possible to ensure that there is no obstacle on the air / smoke circuit. It is also a safety organ. The control of the thermal generator according to the invention, described above, is as follows. In nominal operation, namely for a conventional power close to 10 kWth, the fuel flow, flowing through the pipe 113, is for example close to 1 I / h. Under these conditions, between 50,000 and 200,000 drops are generated per second, thanks to the piezoelectric generator 114 and through the orifices 112 'which are regularly distributed along the spiral ramp 112. The pressure of the liquid fuel, at the inside of the tubing 113, is close to the atmospheric pressure. If it is desired to lower the power, in the case where the energy demand is lower, the fuel flow is reduced by decreasing the frequency of generation of drops, knowing that the size of the drops is substantially independent of said frequency. On the other hand, if the power is higher, this fuel flow is increased by raising the frequency of generation of the drops. It will be noted that whatever the values of this flow rate and of this generation frequency, the value of the pressure of the liquid is substantially unchanged, ie close to the atmospheric pressure. The invention is advantageous compared to the state of the art presented above. Indeed, in the prior art, to regulate the power of the generator, it would be necessary to modify the fuel flow by changing the pressure of the liquid upstream of the nozzle. For example, in a domestic boiler of 15 kW, the pressure of the liquid is close to 7 bar. It is therefore conceivable that, if it is desired to lower the power to relatively low values, for example less than 10 kW, it is also a matter of lowering the pressure to values of less than 3 bars. However, here we reach the limits of the state of the art, insofar as the quality of droplet production becomes insufficient for pressures below 5 bar. Under these conditions, the droplets become larger and spray more and more badly. In addition, the dynamics of the droplet jet generated by the nozzle is degraded and mixing of the fuel with the oxidant is getting worse. Under these conditions, the combustion provided by the thermal generator is not at all satisfactory. It leads to large unburnt gaseous and solid emissions and increased fouling of the generator. In contrast, in the invention, the power modification is not accompanied by a change in fuel pressure. Indeed, the factor allowing to modify this power is the frequency of generation of the drops, which does not affect the quality of these drops and the performance of the burner. Under these conditions, the invention allows operation over a very wide range of power, between the nominal run and only 5% of this nominal run, without degradation of performance. Thus, there is no significant decrease in overall energy efficiency or additional pollutant emissions.

En termes d'avantages de l'invention par rapport à l'art antérieur, on notera également les points suivants : L'invention apporte également un générateur thermique de grande compacité, dont l'encombrement hors tout ne dépasse pas 10 litres pour une puissance par exemple voisine de 10 kWth. L'invention garantit une diminution des émissions de NOx et de CO à des valeurs inférieures à 50 ppm, de préférence inférieures à 20 ppm. Ce résultat est obtenu grâce à de faibles températures de combustion, ce qui limite la formation des NOx, et par une combustion uniforme sur le support poreux. Ceci évite des zones à température insuffisante, générant des imbrûlés. Un autre facteur important de diminution des rejets de polluants est lié à la possibilité que permet l'invention de suivre les besoins en énergie sans recourir à des arrêts et des redémarrages, qui sont par nature générateurs de pollution. De plus, l'invention autorise un rendement énergétique élevé, en particulier quand le générateur thermique opère en condensation. Ainsi, la capacité que possède le générateur de suivre les besoins instantanés, autorise des modes de régulation des températures d'ambiance beaucoup plus fins que dans l'état de la technique. Ceci permet de limiter la consommation de combustible. Enfin on notera que, dans l'invention, l'équipement de combustion a également des moyens d'alimentation de comburant, ainsi qu'un dispositif d'alimentation, de dispersion et de vaporisation du combustible dans le comburant. Cependant, contrairement au cas du générateur classique précédemment cité, comburant et combustible sont totalement prémélangés avant d'entrer dans la zone de combustion. On parle alors de combustion en flamme de prémélange, ce qui, dans le cas d'un combustible liquide, impose que celui-ci soit vaporisé. La combustion démarre au sein même du support poreux, et se poursuit immédiatement en aval dudit support. Celui-ci agit comme élément de stabilisation de la combustion, en élevant la température du mélange de comburant et de combustible jusqu'à la température d'auto-inflammation dudit mélange, cette température se situant en général entre 200 et 600 C selon la nature du combustible. Le support poreux joue également le rôle de barrière entre le volume intérieur et la zone de mélangeage du comburant et du combustible, afin qu'il n'y ait pas de remontée de flamme vers ladite zone de mélangeage. Ensuite, la chaleur des produits de combustion est transférée au fluide à réchauffer, et enfin, les produits de combustion sont évacués à l'atmosphère. In terms of the advantages of the invention compared with the prior art, the following points will also be noted: The invention also provides a heat generator of great compactness, whose overall dimensions do not exceed 10 liters for a power for example, close to 10 kWth. The invention guarantees a reduction of NOx and CO emissions to values of less than 50 ppm, preferably less than 20 ppm. This result is achieved by low combustion temperatures, which limits the formation of NOx, and by uniform combustion on the porous support. This avoids areas of insufficient temperature, generating unburnt. Another important factor in reducing pollutant discharges is related to the possibility that the invention allows to follow the energy needs without resorting to stops and restarts, which are by nature polluting. In addition, the invention allows a high energy efficiency, especially when the thermal generator operates in condensation. Thus, the ability of the generator to follow the needs instantaneous, allows regulation modes of ambient temperatures much thinner than in the state of the art. This makes it possible to limit fuel consumption. Finally, it will be noted that, in the invention, the combustion equipment also has oxidizer supply means, as well as a device for feeding, dispersing and vaporizing the fuel in the oxidizer. However, unlike the case of the above-mentioned conventional generator, oxidant and fuel are totally premixed before entering the combustion zone. This is called combustion in premix flame, which, in the case of a liquid fuel, requires that it is vaporized. The combustion starts within the porous support itself, and continues immediately downstream of said support. It acts as a stabilizing element of combustion, raising the temperature of the mixture of oxidant and fuel up to the self-ignition temperature of said mixture, this temperature being generally between 200 and 600 C depending on the nature fuel. The porous support also acts as a barrier between the internal volume and the mixing zone of the oxidant and the fuel, so that there is no rise of flame towards said mixing zone. Then, the heat of the combustion products is transferred to the fluid to be heated, and finally, the products of combustion are discharged to the atmosphere.

La figure 4 illustre une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle la rampe d'injection en spirale 112 est remplacée par un disque 212, réalisé en un matériau poreux tel que par exemple du métal ou de la céramique fritté. Ce disque est prévu à l'extrémité aval de la tubulure d'alimentation en combustible 113. A cet effet, deux rondelles 214 permettent le serrage du disque, ainsi que sa solidarisation par rapport à cette tubulure. Ce disque est percé de différentes ouvertures 215, au travers desquelles est susceptible de s'écouler l'air chaud, selon les flèches F. En service, le combustible liquide s'écoule par gravité le long de la tubulure, puis se répartit par capillarité dans tout le volume du disque, selon les flèches latérales F'. Lors du passage de l'air au niveau des ouvertures 215, le combustible formant une sorte de film à la paroi desdites ouvertures se vaporise, puis le mélange air/combustible ainsi obtenu est dirigé vers la grille 105. FIG. 4 illustrates an alternative embodiment of the invention, in which the spiral injection manifold 112 is replaced by a disc 212, made of a porous material such as, for example, metal or sintered ceramic. This disc is provided at the downstream end of the fuel supply pipe 113. For this purpose, two washers 214 allow the clamping of the disc, as well as its fastening relative to this tubing. This disk is pierced with different openings 215, through which the hot air can flow, according to the arrows F. In use, the liquid fuel flows by gravity along the tubing, then distributes by capillarity in all the volume of the disk, according to the lateral arrows F '. As the air passes through the openings 215, the fuel forming a kind of film at the wall of said openings vaporises, and the air / fuel mixture thus obtained is directed towards the grid 105.

Comme dans le premier mode de réalisation, l'alimentation en combustible du disque 213 ne nécessite pas l'utilisation d'une pompe, étant donné que la capillarité du milieu poreux dudit disque constitue une force motrice suffisante pour alimenter en combustible les orifices 215, quel que soit le débit souhaité. Pour obtenir un tel effet de capillarité, le milieu poreux doit avantageusement présenter des pores ayant un diamètre moyen équivalent inférieur à 200 microns, et de préférence inférieur à 50 microns. Dans le cas de cette variante, le pilotage du générateur thermique s'opère en restreignant plus ou moins le débit de combustible dans la ligne 113, par l'intermédiaire d'une vanne non représentée sur la figure par exemple. As in the first embodiment, the fuel supply of the disc 213 does not require the use of a pump, since the capillarity of the porous medium of said disc constitutes a sufficient motive force to supply the orifices 215 with fuel, whatever the desired flow rate. To obtain such a capillary effect, the porous medium must advantageously have pores having an average equivalent diameter of less than 200 microns, and preferably less than 50 microns. In the case of this variant, the control of the thermal generator operates by restricting more or less the fuel flow in the line 113, through a valve not shown in the figure for example.

Ainsi, si l'on désire diminuer la puissance, il s'agit de baisser de manière correspondante le débit de liquide admis dans le disque. En revanche, si l'on souhaite augmenter la puissance, l'ouverture de la vanne est augmentée et le débit de combustible liquide se trouve alors accru. On notera que, comme dans le premier mode de réalisation, les modifications de la puissance du générateur, induites par les variations de débit, ne s'accompagnent pas de changement sensible de la pression de combustible liquide, qui reste voisine de la pression atmosphérique. Thus, if one wishes to reduce the power, it is a matter of correspondingly lowering the flow of liquid admitted into the disc. On the other hand, if it is desired to increase the power, the opening of the valve is increased and the flow of liquid fuel is then increased. It will be noted that, as in the first embodiment, the changes in the power of the generator, induced by the flow variations, are not accompanied by a significant change in the liquid fuel pressure, which remains close to atmospheric pressure.

On va maintenant donner quelques variantes supplémentaires de réalisation de l'invention, qui ne sont pas illustrées sur les figures jointes. Ces modifications concernent plus particulièrement le préchauffage de l'air, avant sa mise en contact avec le combustible liquide à vaporiser. Ainsi, on peut tout d'abord utiliser une source d'air chaud préexistante. On peut également supprimer le préchauffeur d'air dans le cas de combustible liquide extrêmement volatil. Ainsi, un air à température ambiante pourrait suffire, compte tenu des faibles pressions partielles de combustible dans l'air de combustion. We will now give some additional embodiments of the invention, which are not illustrated in the accompanying figures. These modifications relate more particularly to the preheating of the air, before it comes into contact with the liquid fuel to be vaporized. Thus, one can first use a pre-existing hot air source. It is also possible to suppress the air preheater in the case of extremely volatile liquid fuel. Thus, air at room temperature could be sufficient, given the low partial pressures of fuel in the combustion air.

On peut également prévoir une utilisation permanente du système de préchauffage électrique, et non plus uniquement la phase de démarrage. Cette solution ne peut s'appliquer que pour des préchauffages d'air très modérés, par exemple à une température inférieure à 50 C. L'échangeur air/fumées 118 peut être remplacé par un échangeur air/fluide chaud. Cette solution est applicable dans le cas où on utilise un combustible relativement volatil, qui ne nécessite pas de température de préchauffage d'air élevé, notamment inférieure à 100 C. On peut également envisager l'utilisation de ce dispositif dans le cas où l'on ne chauffe plus de l'eau, mais une huile thermique qui doit être portée à des températures de 200 à 250 C. L'avantage de cette solution réside dans une taille d'échangeur plus faible, ainsi que de moindre risques d'encrassement. One can also provide a permanent use of the electric preheating system, not just the startup phase. This solution can only be applied for very moderate air preheating, for example at a temperature below 50 C. The air / flue gas exchanger 118 may be replaced by a hot air / fluid exchanger. This solution is applicable in the case where a relatively volatile fuel is used which does not require a high air preheating temperature, in particular less than 100 ° C. It is also possible to envisage the use of this device in the case where the water is no longer heated, but a thermal oil that must be heated to temperatures of 200 to 250 C. The advantage of this solution lies in a smaller exchanger size, as well as less risk of fouling. .

Claims

1. A method of implementing a thermal generator operating with a liquid fuel at ambient temperature, intended to be vaporized when it comes into contact with an oxidizer, wherein: - this oxidant is fed into the internal volume of the generator, this liquid fuel is fed into this interior volume, via a fuel supply device (113), the fuel is dispersed and vaporized in the oxidant, at the level of a dispersion device and vaporization (112; 212), - combustion is carried out at a burner (103) whose combustion stabilization element is a porous support (104), - at least a portion of the heat of the products is recovered combustion, in order to transfer it to a fluid to be heated, and - the combustion products are evacuated to the atmosphere, characterized in that, in order to modify the power of this heat generator, the flow rate is varied. fuel in the feeder (113) fuel, without substantially varying the pressure of this fuel in this feeder.

2. Method according to claim 1, characterized in that feeds the fuel at a low pressure, especially close to atmospheric pressure.

3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that fuel droplets are formed using a device (112, 114) of droplets of the piezoelectric type and the generation frequency is varied. droplets, to vary the power.

4. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that, as a dispersion and vaporization device, an element made of porous material (212), pierced with openings for the passage of the oxidizer, and this porous element is fed by means of said fuel, regulating the flow through a valve.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fuel feed rate is between 0.001 and 10 l / h and preferably between 0.1 and 1 l / h.

6. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel and the oxidant are brought into contact at several points (112 ', 215).

7. Method according to claim 6, characterized in that the number of contacting points, per square meter of passage section of the oxidant in the contact zone of the fuel and the oxidant, is greater than 500, and preferably greater than 2500.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that in exchange for heat the oxidizer fraction flowing upstream of the burner (103), and the fraction of combustion products flowing in downstream of this burner.

9. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the oxidant is brought to the level of its contact with the fuel at a temperature sufficient to ensure complete vaporization of the fuel in the volume between the dispersion and vaporization device (112; 212) and the distribution grid (105) of the oxidant / fuel mixture.