FR3135313A1 - Brûleur à gaz à combustion de surface antidéflagrant et antidétonant. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un brûleur à gaz à combustion de surface (1) antidéflagrant et antidétonant. Ce brûleur est remarquable en ce qu’il comprend un corps de brûleur (2), percé d’une série d’orifices (21) dont chacun se prolonge par un rebord (22), ces orifices (21) étant disposés selon plusieurs rangées (24) d’orifices (21) alignés et un distributeur de gaz (5) qui comprend un corps de distributeur (50) muni d’une pluralité de branches longitudinales (52) de distribution de gaz, chaque branche (52) étant percée par un alignement d’orifices bordés par un rebord (59) et en ce que le corps de distributeur (50) est disposé dans le corps de brûleur (2) afin que chaque orifice du corps de distributeur (50) soit coaxial avec un orifice (21) du corps de brûleur (2), de sorte que lorsque le corps de brûleur (2) est raccordé à une source d’alimentation en air et le corps de distributeur (50) à une source d’alimentation en gaz, l’air et le gaz se mélangent uniquement au niveau des rebords (22) du corps de brûleur (2). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Brûleur à gaz à combustion de surface antidéflagrant et antidétonant. DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un brûleur à gaz à combustion de surface, notamment un brûleur à hydrogène. Un tel brûleur est notamment destiné à être utilisé dans les appareils de chauffage domestiques ou industriels, pour réchauffer un fluide circulant dans un échangeur.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Deux générations de brûleur à gaz se sont principalement succédées, à savoir les brûleurs atmosphériques et les brûleurs à air soufflé.

Dans les brûleurs atmosphériques, le gaz sous pression est émis à travers un gicleur et entraîne un débit d’air via un dispositif convergent/divergent. Un tel brûleur présente l’inconvénient d’émettre des rejets polluants dans l’atmosphère.

Parmi les brûleurs à air soufflé, les brûleurs à prémélange air/gaz ou brûleurs « prémix », permettent une parfaite maîtrise du prémélange de gaz et d’air (voir par exemple le brûleur décrit dans le document WO2014006103). Les rejets polluants sont ainsi considérablement réduits.

Cependant, dans le cas de brûleur prémix, la combustion à lieu à la surface extérieure du brûleur. Afin d’éviter un vieillissement rapide du brûleur par rougissement de son enveloppe, (ce qui est le cas si la flamme se rapproche trop de la surface de celle-ci), la plage de variation de puissance d’un tel brûleur prémix est de l’ordre de 1 à 3, voire au maximum de 1 à 10, si l’enveloppe est réalisée dans un matériau résistant aux hautes températures ou comporte un design spécifiquement étudié tel le brûleur décrit dans le document WO2014006103.

Par ailleurs, durant le fonctionnement de ce brûleur à prémélange air/gaz, il faut faire varier le débit du mélange d’air et de gaz de façon à éviter le décollement de la flamme par un excès de débit et inversement à éviter que la flamme ne retourne dans le brûleur par un manque de débit suffisant, en provoquant ainsi un retour de flamme.

Un tel retour de flamme peut en effet conduire à une déflagration, voire à une détonation.

Pour un brûleur donné, la plage de modulation de sa puissance est donc régulée par son débit maximum, qui correspond à une vitesse de sortie de gaz inférieure au décollement de la flamme et par son débit minimum, qui correspond à une vitesse de sortie de gaz supérieure à la vitesse de retour de la flamme.

De plus, ces deux bornes extrêmes de la vitesse du mélange d’air et de gaz sont liées à la vitesse de propagation de la flamme du gaz considéré, en d’autres termes, à la nature de celui-ci. Ainsi, un même brûleur à prémélange air/gaz offrira une plage de fonctionnement différente en fonction de la nature du gaz utilisé et de sa vitesse de propagation.

À titre indicatif, le gaz naturel a une vitesse moyenne de propagation de 0,37 mètres/seconde et l’hydrogène une vitesse moyenne de propagation de l’ordre de 2,6 mètres/seconde, soit près de sept fois plus rapide.

Les brûleurs à combustion de surface de l’état de la technique ne sont donc pas bien adaptés à l’utilisation du gaz hydrogène, qui plus est, si l’on souhaite pouvoir utiliser un tel brûleur sur une plage importante de variations de puissance.

Or, afin de respecter des critères environnementaux et écologiques, l’hydrogène pourrait être une alternative intéressante en tant que carburant pour l’alimentation de ces brûleurs.

Un but de l’invention est donc de proposer un brûleur à combustion de surface qui puisse fonctionner notamment avec de l’hydrogène, tout en étant fiable, c’est-à-dire en évitant le phénomène de retour de flamme et les risques associés et tout en étant susceptible d’être utilisé sur une plage importante de variations de puissance.

A cet effet, l’invention concerne un brûleur à gaz à combustion de surface antidéflagrant et antidétonant.

Conformément à l’invention, ce brûleur comprend un corps de brûleur en métal ou en matériau réfractaire et un distributeur de gaz, le corps de brûleur délimite une cavité intérieure raccordable à une source d’alimentation en air et présente une face extérieure et une face intérieure, le corps de brûleur est percé d’une série d’orifices dont chacun se prolonge par un rebord, qui fait saillie depuis cette face extérieure et dont l’axe central est normal à cette face extérieure, ces orifices étant disposés selon plusieurs rangées d’orifices alignés, le distributeur de gaz comprend un corps de distributeur qui délimite un logement raccordable à une source d’alimentation en gaz, le corps de distributeur comprend une pluralité de branches longitudinales de distribution de gaz, chaque branche comprenant deux parois longitudinales, espacées l’une de l’autre de façon à définir entre elles un espace lamellaire longitudinal de distribution du gaz, qui débouche à son extrémité longitudinale interne dans ledit logement, les deux parois de chaque branche se rejoignant pour former un bord longitudinal externe, une extrémité avant fermée et une extrémité arrière fermée de ladite branche, chaque branche est percée par une série d’orifices alignés le long de son bord longitudinal externe, chaque orifice étant bordé par un rebord qui fait saillie sur la face extérieure dudit bord longitudinal et chaque orifice ayant un axe central normal à cette face extérieure dudit bord longitudinal, le corps de distributeur est disposé dans la cavité intérieure du corps de brûleur de sorte que chaque orifice du corps de distributeur soit coaxial avec un orifice du corps de brûleur, le corps de distributeur et le corps de brûleur sont dimensionnés de façon que le diamètre intérieur D2 d’un orifice du corps de brûleur soit supérieur au diamètre extérieur D1 du sommet du rebord d’un orifice du corps de distributeur disposé en regard de ce même orifice, de façon qu’il existe un intervalle pour le passage de l’air entre le sommet du bord longitudinal externe de chaque branche et la face intérieure du corps de brûleur, et de façon que le sommet du rebord de chaque orifice soit à proximité immédiate de l’embouchure d’entrée de l’orifice en regard duquel il est placé, de sorte que lorsque le corps de brûleur est raccordé à une source d’alimentation en air et le corps de distributeur à une source d’alimentation en gaz, l’air pénètre dans le corps de brûleur, circule entre les branches du corps du distributeur et dans l’intervalle et s’échappe hors du brûleur au travers des rebords du corps de brûleur, tandis que le gaz pénètre dans le logement du corps de distributeur, circule dans l’espace lamellaire des branches puis au travers des orifices et des rebords de ce corps de distributeur et enfin au travers des rebords du corps de brûleur au sein desquels il rencontre l’air et est mélangé à celui-ci.

Grâce à ces caractéristiques de l'invention, le gaz et l’air circulent dans le brûleur où les pertes de charges sont extrêmement réduites, au travers de circuits séparés et ne sont mélangés qu’au dernier moment à l’intérieur des rebords du corps de brûleur. Ces rebords constituent ainsi des micro-chambres de mélange du gaz et de l’air et la combustion a lieu en surface c’est-à-dire à la sortie de ces rebords, empêchant ainsi tout retour de flamme.

Un tel brûleur est donc particulièrement adapté à un usage avec de l’hydrogène, gaz qui présente une grande vitesse de propagation de flamme, puisque le retour de flamme est empêché et donc également tout risque de détonation ou de déflagration.

De plus, les volumes de gaz et d’air mélangés sont maîtrisés et permettent d’obtenir une grande plage de modulation.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :

- au moins un rebord d’un orifice du corps de brûleur et/ou au moins un rebord d’un orifice du corps de distributeur est dentelé de façon à présenter des encoches.

- le corps de brûleur est formé d’une virole cylindrique, obturée à son extrémité arrière par un fond et dont l’extrémité avant est munie d’une bride de façade raccordable à la source d’alimentation en air, les orifices du corps de brûleur sont ménagés dans ladite virole de sorte que les rangées d’orifices s’étendent axialement sur cette virole, le corps de distributeur comprend un cylindre creux qui délimite ledit logement de ce corps, ce logement étant central et cylindrique, les branches longitudinales de distribution de gaz s’étendent radialement autour de ce cylindre, le corps de distributeur est obturé à son extrémité arrière par un fond et à son extrémité avant par une bride avant, munie d’un trou central raccordable à la source d’alimentation en gaz, le distributeur de gaz comprend un dispositif de pré-répartition du gaz, qui comprend un corps cylindrique, muni d’une ouverture centrale cylindrique axiale et de plusieurs étages de canaux radiaux, chaque canal radial s’étendant depuis ladite ouverture centrale jusqu’à la surface extérieure dudit corps cylindrique, et ce dispositif de pré-répartition du gaz est disposé coaxialement à l’intérieur du logement cylindrique du corps de distributeur, de façon que son ouverture centrale soit en regard du trou central de la bride et que chacun de ses canaux radiaux débouche dans l’espace lamellaire d’une branche du corps de distributeur.

- le corps cylindrique du dispositif de pré-répartition du gaz comprend plusieurs rondelles arrière et une rondelle avant, ces rondelles arrière et avant présentant chacune une ouverture centrale cylindrique et deux faces planes opposées, ces ouvertures centrales étant de même diamètre, la rondelle avant et les rondelles arrières étant assemblées les unes contre les autres de façon que leurs ouvertures centrales respectives soient coaxiales, les rondelles arrière présentant sur l’une de leurs faces planes, une série de gorges radiales qui délimitent avec la face opposée d’une rondelle arrière voisine, lesdits canaux radiaux.

- le dispositif de pré-répartition du gaz comprend un dispositif de mise en mouvement du gaz entrant dans ce dispositif de pré-répartition du gaz, pour impartir à ce gaz un mouvement hélicoïdal lorsqu’il circule à l’intérieur de l’ouverture centrale du corps cylindrique.

- le dispositif de mise en mouvement du gaz est une hélice fixe.

- la virole du corps de brûleur présente une extrémité arrière, en ce que le fond du corps de brûleur comprend un disque plein muni d’un rebord annulaire périphérique qui est soudé de manière étanche aux gaz à l’extrémité arrière de la virole, en ce que ledit disque plein présente une face avant et est muni d’au moins un doigt de positionnement qui fait saillie depuis cette face avant et en ce que ledit au moins un doigt de positionnement est inséré entre deux branches voisines du corps du distributeur de gaz.

- le corps de distributeur est formé d’une tôle métallique repliée sur elle-même pour former les branches de distribution de gaz.

- les extrémités avant et arrière de chaque branche du corps de distributeur sont fermées par pincement et soudure.

- l’intervalle pour le passage de l’air présente une hauteur supérieure ou égale à 0,2 mm.

- le ratio D2/D1 entre le diamètre intérieur d’un orifice du corps de brûleur et le diamètre extérieur du sommet du rebord d’un orifice disposé en regard de ce même orifice est compris entre 1,2 et 4.

- le gaz est de l’hydrogène.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

est une vue en perspective éclatée des éléments constituant un mode de réalisation possible du brûleur à gaz conforme à l’invention.

est une vue en perspective de ce même brûleur, dont les différents éléments sont en position assemblée.

est une vue en perspective du distributeur de gaz du brûleur à gaz de la .

est une vue en perspective éclatée des différents éléments constituant le distributeur de gaz de la .

est une vue en coupe longitudinale du brûleur à gaz, prise selon le plan de coupe passant par la ligne V–V de la .

est une vue en coupe longitudinale des orifices ménagés dans le corps du brûleur et dans le distributeur, prise selon le plan de coupe passant par la ligne VI–VI de la .

est une vue de détail agrandie du corps du brûleur et du distributeur représenté sur la .

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Dans la suite de la description, le brûleur à gaz à combustion de surface 1 conforme à l’invention est décrit comme fonctionnant avec un gaz qui est préférentiellement de l’hydrogène. Toutefois, il pourrait également fonctionner avec un autre gaz, par exemple du gaz naturel, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Dans la suite de la description et des revendications, par convention, le terme « avant » désigne les éléments qui sont situés ou orientés vers l’extrémité du brûleur par laquelle l’air est introduit dans celui-ci (c’est-à-dire à gauche sur les figures 1 à 5) et le terme « arrière » désigne des éléments qui sont situés ou orientés à l’opposé (c’est-à-dire à droite sur les figures 1 à 5).

D’une manière générale, le brûleur à gaz 1 comprend un corps de brûleur 2 raccordable à une source d’alimentation en air et un distributeur de gaz 5 raccordable à une source d’alimentation en gaz.

Selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention (et donc non exclusif), qui va maintenant être décrit plus en détail, le corps de brûleur 2 et le distributeur de gaz 5 sont de forme générale cylindrique.

Sur la , on peut voir que le corps de brûleur 2 est obturé à son extrémité arrière 26 par un fond 3 et est muni à son extrémité avant 25 d’une bride de façade 4, et que le distributeur de gaz 5 est obturé à son extrémité arrière par un fond 6 et est muni à son extrémité avant d’une bride avant 7. Ces différents éléments vont maintenant être décrits.

Corps de brûleur 2 :

Le corps de brûleur 2 est formé d’une virole cylindrique creuse 200 s’étendant autour d’un axe longitudinal central X-X’, qui constitue également l’axe longitudinal central du brûleur 1. Cette virole 200 est de préférence constituée d’une tôle métallique mince.

Ce corps 2 délimite une cavité intérieure cylindrique 20.

Ladite virole est percée d’une pluralité d’orifices 21, dont chacun se prolonge vers l’extérieur par un rebord 22, (voir notamment les figures 5 à 7). Le rebord 22 entoure la périphérie de l’orifice 21. Chaque rebord 22 fait saillie sur la face extérieure 23 du corps 2. Chaque orifice 21 et son rebord 22 présentent un axe central Z1-Z’1 qui est normal à cette face extérieure 23 (voir ). La face intérieure de la virole est référencée 23’.

Le rebord 22 (et plus particulièrement son extrémité libre 220) peut avantageusement être dentelé de façon à présenter des encoches 22’. Ces encoches 22’ permettent de créer des turbulences à la sortie du corps 2 et ainsi de renforcer l’effet d’accroche de la flamme et d’éviter son décollement.

Les orifices 21 et les rebords 22 sont par exemple des « trous crevés », obtenus par emboutissage ou poinçonnage d’une tôle métallique plane, qui est ensuite cintrée pour former le corps cylindrique 2 et dont les deux bords sont soudés.

Ces orifices 21 sont circulaires ou sensiblement circulaires et les rebords 22 sont cylindriques ou sensiblement cylindriques.

En outre, les orifices 21 (et donc les rebords 22) sont alignés de façon à former plusieurs rangées axiales 24 d’orifices. Ces rangées 24 s’étendent parallèlement les unes aux autres et également parallèlement à l’axe longitudinal central X-X’ du corps 2. En outre, de préférence, les différentes rangées 24 sont réparties régulièrement sur toute la circonférence du corps de brûleur 2.

Dans une rangée 24 donnée, les différents orifices 21 peuvent être espacés régulièrement les uns des autres ou au contraire être groupés de façon à former un motif, par exemple être groupés par deux comme on peut le voir sur les figures.

Fond 3 :

Le fond 3 est constitué d’un disque plein 30, muni d’un rebord annulaire périphérique 31. Le diamètre de ce fond 3 est adapté au diamètre du corps de brûleur 2 (ici à la virole 200), de sorte que son rebord périphérique 31 puisse être soudé à l’extrémité arrière 26 du corps 2, de préférence à l’intérieur de ce corps 2, comme cela apparaît mieux sur la coupe de la . Le fond 3 et le corps 2 sont ainsi soudés de manière étanche au gaz par une soudure circulaire.

En outre, le fond 3 est muni d’au moins un doigt de positionnement 32, de préférence de trois doigts, qui font saillie depuis la face avant 301 du disque 30, en direction de l’intérieur de la cavité 20, lorsque ce fond est assemblé avec le corps 2. Leur rôle sera détaillé ultérieurement.

Bride de façade 4 :

Comme on peut le voir sur la , la bride de façade 4 est un élément annulaire destiné à être soudé, à l’extrémité avant 25 du corps de brûleur 2, afin de permettre le raccordement de ce corps 2 à une source d’alimentation en air (non représentée sur les figures), nécessaire à la combustion du gaz. La bride 4 comprend par exemple un anneau 40 soudé à l’intérieur dudit corps 2 et qui se prolonge vers l’avant par une collerette radiale 41 de fixation du corps 2.

Distributeur de gaz 5 :

Le distributeur de gaz 5 a pour fonction de distribuer le gaz, notamment l’hydrogène, au plus proche des orifices 21 du corps de brûleur 2 et également de répartir l’air circulant dans le corps 2, comme cela sera décrit en détail ultérieurement.

Le distributeur 5 est destiné à être inséré axialement dans le corps de brûleur 2.

Comme cela apparaît mieux sur les figures 1 et 3 à 5, le distributeur 5 comprend un corps de distributeur 50, le fond 6 et la bride avant 7.

Le corps 50 comprend un cylindre creux 51, d’axe longitudinal central X1-X’1. Cet axe X1-X’1 est coaxial à l’axe X-X’ du brûleur 1 lorsque le distributeur 5 est monté dans le corps 2. Le cylindre 51 est muni d’une pluralité de branches radiales 52, disposées en étoile autour du cylindre 51. Le cylindre 51 délimite un logement central cylindrique 53. Chaque branche 52 s’étend à la fois radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe central X1-X1’ et sur toute la longueur du cylindre 51.

Comme on le voit mieux sur la , chaque branche 52 comprend deux parois planes 54, 54’, parallèles ou sensiblement parallèles entre elles et espacées l’une de l’autre de façon à ménager entre elles un espace lamellaire 55 qui débouche à son extrémité radialement interne dans le logement central cylindrique 53. Les deux parois 54, 54’ se rejoignent entre elles, au niveau de leurs extrémités radialement externes, par une zone de jonction qui définit le bord longitudinal radialement externe 56 de chaque branche 52. Ce bord 56 est de préférence de forme incurvée en coupe transversale, sa concavité étant tournée vers l’espace lamellaire 55.

De préférence, le corps 50 est constituée d’une bande de tôle métallique, cintrée pour former le cylindre 51 et repliée plusieurs fois sur elle-même pour former chaque branche 52 débouchant dans le logement 53.

Comme on peut le voir sur la , chaque branche 52 est fermée de manière étanche aux gaz à son extrémité avant 57 et à son extrémité arrière 57’, par exemple par pincement des deux parois 54, 54’, puis soudure des bords de ces parois entre elles.

Enfin, le bord longitudinal radialement externe 56 de chaque branche 52 est percé d’une pluralité d’orifices 58, chacun d’entre eux se prolongeant par un rebord 59, (voir les figures 6 et 7). Le rebord 59 entoure la périphérie de l’orifice 58. Chaque rebord 59 fait saillie vers l’extérieur, depuis la face radialement extérieure 560 du bord 56. Chaque orifice 58 et son rebord 59 présentent un axe central Z2-Z’2, qui est normal à la face extérieure 560.

Le rebord 59 peut avantageusement être dentelé de façon à présenter des encoches 59’ permettant de créer des turbulences à la sortie du rebord 59 et améliorer ainsi le mélange air/gaz qui pénètre dans l’orifice 21 puis dans le rebord 22.

Les orifices 58 et les rebords 59 sont par exemple des « trous crevés », obtenus par emboutissage d’une tôle métallique. Ces orifices 58 sont circulaires ou sensiblement circulaires et les rebords 59 sont cylindriques ou sensiblement cylindriques.

Le corps de distributeur 50 comprend au maximum autant de branches 52 qu’il y a de rangées 24 d’orifices 21 dans le corps de brûleur 2. Il peut y avoir moins de branches 52 que de rangées 24 d’orifices et dans ce cas, seul de l’air sortira des rangées 24 d’orifices. De préférence, il y a autant de branches 52 que de rangées 24 d’orifices.

Les orifices 58 (et donc les rebords 59) sont alignés axialement le long du bord longitudinal 56. Par ailleurs, sur chaque bord longitudinal 56 de chaque branche 52, il y a autant d’orifices 58 qu’il y a d’orifices 21 dans une rangée 24 du corps de brûleur 2. Sur un bord longitudinal 56 donné, les différents orifices 58 peuvent être espacés régulièrement les uns des autres ou au contraire être groupé à plusieurs, de façon à former un motif, par exemple être groupé par deux, comme on peut le voir sur les figures.

Le fond 6 est un disque dont le diamètre extérieur est égal à celui du diamètre intérieur du logement central cylindrique 53, et il est soudé de manière étanche aux gaz au cylindre 51, de façon à obturer ledit logement 53.

La bride avant 7 permet de raccorder le corps de distributeur 50 à une source d’alimentation en gaz (hydrogène) sous pression (non représentée sur les figures).

La bride avant 7 comprend de préférence un disque 70 percé d’un trou central 71. Le diamètre extérieur du disque 70 est égal au diamètre intérieur du logement central cylindrique 53 et ce disque 70 est soudé à sa périphérie à l’extrémité avant du cylindre 51, de manière étanche aux gaz, comme on peut le voir sur la . Ce disque 70 se prolonge vers l’avant par un tube 72, d’axe longitudinal X-X’, qui permet le raccordement de la bride avant 7 à la source d’alimentation en gaz (non représentée sur les figures).

Assemblage.

Le distributeur 5 est inséré axialement à l’intérieur de la cavité cylindrique 20 du corps de brûleur 2, sur lequel le fond 3 a été préalablement soudé, puis la bride avant 4 est elle-même soudée sur le corps de brûleur 2.

Dans cette position assemblée, on constate que les doigts de positionnement 32 se trouvent positionnés chacun entre deux branches 52 voisines et qu’ils empêchent ainsi toute rotation du distributeur 5 autour de l’axe longitudinal X-X’, par rapport au corps de brûleur 2.

L’assemblage du distributeur 5 et du corps 2 est également fait de sorte que chaque orifice 58 (et donc son rebord 59) soit coaxial avec un orifice 21 et son rebord 22 du corps de brûleur 2, (voir sur la l’alignement des axes Z1-Z’1 et Z2-Z’2).

Dimensions :

Comme on peut le voir sur la , le diamètre extérieur D1 du sommet 590 de chaque rebord 59 du distributeur 50 est inférieur au diamètre intérieur D2 de l’orifice 21 du corps de brûleur 2 en regard duquel il est disposé.

En outre, la hauteur H1 entre le sommet 590 de chaque rebord 59 (c’est-à-dire son extrémité radialement la plus externe) et la face intérieure 23’ de la virole 2 est la plus faible possible de sorte que le sommet 590 est à proximité immédiate de l’embouchure d’entrée 210 de l’orifice 21. Ainsi, le rebord 59 constitue un micro-injecteur de gaz qui débouche quasiment dans l’orifice 21, et le mélange air/gaz s’effectue dans le rebord 22. La hauteur H1 correspond au jeu d’insertion axiale du corps 50 du distributeur 5 dans le corps 2, lorsque ces deux éléments sont cylindriques. De préférence, H1 est inférieur ou égal à 0,1 mm.

Le corps de distributeur 50 et le corps de brûleur 2 sont dimensionnés de façon qu’il existe un intervalle 27 pour le passage de l’air entre le sommet 561 du bord longitudinal 56 de chaque branche 52 et la face intérieure 23’ de la virole 2.

De préférence, la hauteur H2 entre le sommet 561 du bord 56 de chaque branche 52 et la face intérieure 23’ de la virole est supérieure ou égale à 0,2 mm.

De préférence, la hauteur H3 entre le sommet de l’extrémité libre 220 d’un rebord 22 du corps de distributeur 2 et la face intérieure 23’ du corps 2 est comprise entre 0,8 et 2 mm.

Selon d’autres modes de réalisation non représentés sur les figures, le corps de brûleur 2 et le distributeur de gaz 5 pourraient présenter des formes autres que cylindriques.

Le corps de brûleur 2 peut par exemple comprendre uniquement une portion de sa surface qui joue le rôle de surface de combustion et dans laquelle sont percés les orifices 21 munis de rebords 22 tels que décrits précédemment. Une telle surface de combustion peut par exemple être plane ou légèrement cintrée ou en V.

Dans ce cas, la forme du corps de distributeur 50 est adaptée en conséquence pour que celui-ci puisse être introduit dans la cavité 20 du corps 2. Le corps 50 comprend toujours les branches 52 percées d’orifices 58 munis de rebords 59, comme décrit ci-dessus, mais ces branches ne sont pas radiales.

Enfin, les caractéristiques décrites précédemment au sujet du positionnement relatif des orifices 21 et 58 et des dimensions seraient les mêmes.

Dans le cas particulier, où le corps de brûleur 2 et le distributeur de gaz 5 sont cylindriques, le brûleur à gaz 1 comprend alors en outre un dispositif 8 de pré-répartition du gaz et de préférence un dispositif 9 de mise en mouvement du gaz entrant dans le dispositif 8.

Dispositif de pré-répartition du gaz 8 :

Dans le mode de réalisation représenté notamment sur les figures 1 et 4, le dispositif de pré-répartition du gaz 8 comprend une série de rondelles annulaires 80, assemblées les unes contre les autres, ainsi qu’une rondelle avant 81 (voir figures 1 et 4).

Chaque rondelle annulaire 80 présente une ouverture centrale cylindrique 800, une face avant plane 801, une face arrière plane opposée 802 et une face latérale cylindrique 803.

Sur chaque rondelle annulaire 80, par exemple ici sur la face avant 801, sont prévues une série de gorges rectilignes 804, creusées dans l’épaisseur de la rondelle et qui s’étendent chacune radialement depuis l’ouverture centrale 800 jusqu’à déboucher sur la face 803. Sur chaque rondelle 80, il y a autant de gorges 804 qu’il y a de branches 52 dans le distributeur 5.

Lorsque les différentes rondelles 80 sont plaquées les unes contre les autres, la face arrière 802 de l’une vient au contact de la face avant 801 de la rondelle voisine et cette face arrière 802 forme avec les différentes gorges 804, des canaux 805 (voir figures 1, 5 et 7). Ces canaux 805 présentent des embouchures 806 qui débouchent sur la face latérale 803. On obtient ainsi plusieurs étages successifs 807 de canaux radiaux 805.

La rondelle avant 81 comprend une ouverture centrale cylindrique 810, une face avant plane 811, une face arrière plane opposée 812.

Les ouvertures 800 et 810 sont coaxiales et de même diamètre.

Comme cela apparaît mieux sur la coupe de la , un épaulement annulaire 814 est formé à l’intérieur de l’ouverture centrale 810, de sorte que cette ouverture 810 présente une portion arrière 815 dont le diamètre intérieur est le même que celui du diamètre des ouvertures 800 et une portion avant 816 dont le diamètre intérieur est supérieur à celui de la portion arrière 815, de façon à ménager au niveau de cette portion avant 816, un logement de réception 817 du dispositif 9 (qui est de préférence une hélice).

L’épaulement annulaire 814 permet ainsi de bloquer axialement l’hélice 9 vers l’arrière.

Lorsque la rondelle avant 81 est plaquée contre la rondelle 80 immédiatement voisine, sa face arrière 812 vient au contact de la face avant 801 de cette rondelle et délimite également avec les gorges 804, des canaux radiaux 805. Il serait également possible de prévoir les gorges 804 sur la face arrière 802.

Les différentes rondelles 80 et la rondelle avant 81 sont assemblées les unes contre les autres et le dispositif de pré-répartition du gaz 8 ainsi formé est inséré axialement et logé à l’intérieur du logement 53 du distributeur 5, de sorte que la face arrière 802 de la dernière rondelle 80 vienne au contact du fond 6 et que la face avant 811 de la rondelle avant 81 soit au contact du disque 70. A cet effet, le diamètre extérieur des différentes rondelles 80 et 81 est égal au jeu près d’introduction au diamètre intérieur du cylindre 51.

Dans cette position d’assemblage qui apparaît mieux sur la , on peut voir que le disque 70 coopère avec le logement 817 pour bloquer axialement l’hélice fixe 9 vers l’avant. Celle-ci est donc maintenue entre la bride avant 7 et la rondelle 81.

Les différentes rondelles 80 et 81 sont positionnées angulairement par rapport à l’axe longitudinal X-X’, de façon que leurs gorges respectives 804 soient superposées et que les embouchures extérieures 806 des canaux 805 forment des alignements axiaux 82, comme on peut le voir sur la . À cet effet, des détrompeurs peuvent être prévus sur les différentes rondelles 80 et 81 pour les assembler correctement. Un alignement 82 est représenté schématiquement par un pointillé sur la .

En outre, les rondelles 80 et 81 sont insérées dans le logement 53, de façon que chaque embouchure extérieure 806 d’un canal radial 805 débouche en regard d’un espace lamellaire 55. En d’autres termes, chaque alignement 82 est situé en face d’une branche 52.

Selon une variante de réalisation simplifiée, non représentée sur les figures, le dispositif 8 de pré-répartition du gaz peut également être formé d’un unique corps cylindrique plein à la place des différentes rondelles 80, 81. Un tel corps cylindrique plein présente une ouverture centrale cylindrique axiale correspondant à l’ensemble des ouvertures centrales 800 et 810 et une pluralité de canaux radiaux 805 débouchant d’une part dans cette ouverture centrale et d’autre part sur la surface extérieure 803 du corps cylindrique au niveau des embouchures 806. Ces différents canaux 805 sont répartis sur différents étages 807 et permettent d’alimenter en gaz les branches 52 du corps de distributeur. Enfin, un tel corps cylindrique unique présente également à l’extrémité avant de son ouverture centrale, un logement 817 pour recevoir l’hélice 9.

On notera qu’il n’est pas nécessaire d’avoir autant d’étages 807 de canaux qu’il y a d’orifices 58 (ou de rebords 59) sur une branche 52. A titre d’exemple purement illustratif, il y a ainsi sept étages 807 de canaux radiaux pour quatorze rebords 59 sur chaque branche 52 dans l’exemple de réalisation représenté sur les dessins.

Comme on peut le voir sur la , l’hélice fixe 9 comprend un disque 91 central depuis lequel s’étend une pluralité d’aubes 92. Les aubes 92 sont orientées avec un angle de calage, qui permet de dévier le gaz entrant pour lui communiquer un mouvement hélicoïdal à l’intérieur des ouvertures centrales 800 et 810.

Matériaux :

Le corps de brûleur 2, les fonds 3 et 6, les brides 4 et 7, le distributeur de gaz 5, le dispositif 8 de pré-répartition du gaz et l’hélice 9 sont avantageusement réalisés en métal, notamment en acier inoxydable, le dispositif 8 pouvant toutefois être réalisés en aluminium ou en matière composite. Le corps de brûleur 2 pourrait également être en matériau réfractaire.

Fonctionnement :

Le tube 72 est raccordé à une source d’alimentation en gaz sous pression, de préférence de l’hydrogène. Par ailleurs, la bride avant 4 est raccordée à une source d’alimentation en air également sous pression.

Le trajet de l’air à l’intérieur du brûleur à gaz 1 va maintenant être décrit. Ce trajet est symbolisé par des flèches référencées « a » avec un indice numérique.

L’air pénètre dans l’espace annulaire autour du tube 72 (flèches a1 en ), puis se répartit en lames d’air à l’intérieur des espaces 520 ménagés entre les branches 52 (flèches a2). L’air se dirige ensuite radialement vers l’extérieur en longeant les parois 54 ou 54’ (flèches a3 sur la ) et également selon une direction axiale entre le sommet 561 du bord 56 et la face intérieure 23’ de la virole (flèches a4 sur la ). Enfin, l’air s’échappe au travers des rebords 22 (flèches a5 sur la ).

Le trajet du gaz à l’intérieur du brûleur à gaz 1 va maintenant être décrit. Ce trajet est symbolisé par les flèches référencées « g » avec un indice numérique.

Le gaz pénètre dans le tube 72 (flèche g1 sur la ), puis est entraîné selon un mouvement hélicoïdal (flèche g2 sur la ) par l’hélice fixe 9. Dans le cas particulier où le gaz est de l’hydrogène, donc un gaz extrêmement volatile, ceci permet de répartir idéalement l’hydrogène à l’entrée de tous les canaux 805.

Le gaz est ainsi introduit dans les différents canaux 805 (flèches g3 sur les figures 5 et 7) puis sort de ceux-ci à l’intérieur de l’espace lamellaire 55 (flèches g4 sur les figures 5 et 7). Le gaz ayant été préalablement distribué dans les différents canaux 805, chaque espace lamellaire 55 est alimenté en gaz de manière homogène sur toute sa longueur axiale.

Le gaz sort ensuite au travers des orifices 58 et des rebords 59 du distributeur 5 (flèches g5 sur la ), puis pénètre ensuite dans les orifices 21 et les rebords 22 (flèches g6 sur la ) où il se retrouve mélangé à l’air. C’est donc seulement à l’intérieur de ces rebords 22 que s’effectue le mélange air/gaz et la combustion a lieu à la sortie des rebords 22 donc sans risque de retour de flamme dans les espaces 520, ni dans les branches radiales 52.

Le brûleur à gaz conforme à l’invention peut ainsi fonctionner avec de l’hydrogène, bien que ce gaz soit extrêmement volatil, tout en offrant une plage de modulation de puissance d’au moins 1 à 10, sans risque de rentrée de flamme et donc sans risque de déflagration ou de détonation.

Enfin, les mesures effectuées ont permis de montrer que la combustion avec de l’hydrogène s’effectue avec un lambda d’air de 1,3 à 2 et un niveau d’émission de Nox de 0,5 à 3 ppm.

Dans les modes de réalisation où le dispositif de pré-répartition 8 n’est pas présent, le gaz sortant du tube 72 pénètre directement dans le logement 53.

Claims (12)

1. Brûleur à gaz à combustion de surface (1) antidéflagrant et antidétonant, caractérisé en ce qu’il comprend un corps de brûleur (2) en métal ou en matériau réfractaire et un distributeur de gaz (5),
   en ce que le corps de brûleur (2) délimite une cavité intérieure (20) raccordable à une source d’alimentation en air et présente une face extérieure (23) et une face intérieure (23’),
   en ce que le corps de brûleur (2) est percé d’une série d’orifices (21) dont chacun se prolonge par un rebord (22), qui fait saillie depuis cette face extérieure (23) et dont l’axe central (Z1-Z’1) est normal à cette face extérieure (23), ces orifices (21) étant disposés selon plusieurs rangées (24) d’orifices (21) alignés,
   en ce que le distributeur de gaz (5) comprend un corps de distributeur (50) qui délimite un logement (53) raccordable à une source d’alimentation en gaz,
   en ce que le corps de distributeur (50) comprend une pluralité de branches longitudinales (52) de distribution de gaz, chaque branche (52) comprenant deux parois longitudinales (54, 54’), espacées l’une de l’autre de façon à définir entre elles un espace lamellaire longitudinal (55) de distribution du gaz, qui débouche à son extrémité longitudinale interne (550) dans ledit logement (53), les deux parois (54, 54’) de chaque branche (52) se rejoignant pour former un bord longitudinal externe (56), une extrémité avant fermée (57) et une extrémité arrière fermée (57’) de ladite branche (52),
   en ce que chaque branche (52) est percée par une série d’orifices (58) alignés le long de son bord longitudinal externe (56), chaque orifice (58) étant bordé par un rebord (59) qui fait saillie sur la face extérieure (560) dudit bord longitudinal (56) et chaque orifice (58) ayant un axe central (Z2-Z’2) normal à cette face extérieure (560) dudit bord longitudinal (56),
   en ce que le corps de distributeur (50) est disposé dans la cavité intérieure (20) du corps de brûleur (2) de sorte que chaque orifice (58) du corps de distributeur (50) soit coaxial avec un orifice (21) du corps de brûleur (2),
   et en ce que le corps de distributeur (50) et le corps de brûleur (2) sont dimensionnés de façon que le diamètre intérieur D2 d’un orifice (21) du corps de brûleur (2) soit supérieur au diamètre extérieur D1 du sommet (590) du rebord (59) d’un orifice (58) du corps de distributeur (50) disposé en regard de ce même orifice (21), de façon qu’il existe un intervalle (27) pour le passage de l’air entre le sommet (561) du bord longitudinal externe (56) de chaque branche (52) et la face intérieure (23’) du corps de brûleur (2), et de façon que le sommet (590) du rebord (59) de chaque orifice (58) soit à proximité immédiate de l’embouchure d’entrée (210) de l’orifice (21) en regard duquel il est placé,
   de sorte que lorsque le corps de brûleur (2) est raccordé à une source d’alimentation en air et le corps de distributeur (50) à une source d’alimentation en gaz, l’air pénètre dans le corps de brûleur (2), circule entre les branches (52) du corps du distributeur (50) et dans l’intervalle (27) et s’échappe hors du brûleur (1) au travers des rebords (22) du corps de brûleur (2), tandis que le gaz pénètre dans le logement (53) du corps de distributeur (50), circule dans l’espace lamellaire (55) des branches (52) puis au travers des orifices (58) et des rebords (59) de ce corps de distributeur (50) et enfin au travers des rebords (22) du corps de brûleur (2) au sein desquels il rencontre l’air et est mélangé à celui-ci.
2. Brûleur à gaz (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins un rebord (22) d’un orifice (21) du corps de brûleur (2) et/ou au moins un rebord (59) d’un orifice (58) du corps de distributeur (50) est dentelé de façon à présenter des encoches (22’, 59’).
3. Brûleur à gaz (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps de brûleur (2) est formé d’une virole cylindrique (200), obturée à son extrémité arrière (26) par un fond (3) et dont l’extrémité avant (25) est munie d’une bride de façade (4) raccordable à la source d’alimentation en air,
   en ce que les orifices (21) du corps de brûleur (2) sont ménagés dans ladite virole (200) de sorte que les rangées (24) d’orifices (21) s’étendent axialement sur cette virole,
   en ce que le corps de distributeur (50) comprend un cylindre creux (51) qui délimite ledit logement (53) de ce corps, ce logement (53) étant central et cylindrique,
   en ce que les branches longitudinales (52) de distribution de gaz s’étendent radialement autour de ce cylindre (51),
   en ce que le corps de distributeur (50) est obturé à son extrémité arrière par un fond (6) et à son extrémité avant par une bride avant (7), munie d’un trou central (71) raccordable à la source d’alimentation en gaz,
   en ce que le distributeur de gaz (5) comprend un dispositif (8) de pré-répartition du gaz, qui comprend un corps cylindrique, muni d’une ouverture centrale cylindrique axiale (800, 810) et de plusieurs étages (807) de canaux radiaux (805), chaque canal radial (805) s’étendant depuis ladite ouverture centrale (800, 810) jusqu’à la surface extérieure (803) dudit corps cylindrique,
   et en ce que ce dispositif (8) de pré-répartition du gaz est disposé coaxialement à l’intérieur du logement cylindrique (53) du corps de distributeur (50), de façon que son ouverture centrale (800, 810) soit en regard du trou central (71) de la bride (7) et que chacun de ses canaux radiaux (805) débouche dans l’espace lamellaire (55) d’une branche (52) du corps de distributeur (2).
4. Brûleur à gaz (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps cylindrique du dispositif (8) de pré-répartition du gaz comprend plusieurs rondelles arrière (80) et une rondelle avant (81), ces rondelles arrière (80) et avant (81) présentant chacune une ouverture centrale cylindrique (800, 810) et deux faces planes opposées (801, 802, 811, 812), ces ouvertures centrales (800, 810) étant de même diamètre, la rondelle avant (81) et les rondelles arrières (80) étant assemblées les unes contre les autres de façon que leurs ouvertures centrales respectives (800, 810) soient coaxiales, les rondelles arrière (80) présentant sur l’une de leurs faces planes (801, 802), une série de gorges radiales (804) qui délimitent avec la face opposée (802, 801) d’une rondelle arrière (80) voisine, lesdits canaux radiaux (805).
5. Brûleur à gaz (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif (8) de pré-répartition du gaz comprend un dispositif (9) de mise en mouvement du gaz entrant dans ce dispositif (8) de pré-répartition du gaz, pour impartir à ce gaz un mouvement hélicoïdal lorsqu’il circule à l’intérieur de l’ouverture centrale (800, 810) du corps cylindrique.
6. Brûleur à gaz (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif (9) de mise en mouvement du gaz est une hélice fixe.
7. Brûleur à gaz (1) selon l’une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la virole (200) du corps de brûleur (2) présente une extrémité arrière (26), en ce que le fond (3) du corps de brûleur (2) comprend un disque plein (30) muni d’un rebord annulaire périphérique (31) qui est soudé de manière étanche aux gaz à l’extrémité arrière (26) de la virole (200), en ce que ledit disque plein (30) présente une face avant (301) et est muni d’au moins un doigt de positionnement (32) qui fait saillie depuis cette face avant (301) et en ce que ledit au moins un doigt de positionnement (32) est inséré entre deux branches (52) voisines du corps (50) du distributeur de gaz (5).
8. Brûleur à gaz (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps de distributeur (50) est formé d’une tôle métallique repliée sur elle-même pour former les branches (52) de distribution de gaz.
9. Brûleur à gaz (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les extrémités avant (57) et arrière (57’) de chaque branche (52) du corps de distributeur (50) sont fermées par pincement et soudure.
10. Brûleur à gaz (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’intervalle (27) pour le passage de l’air présente une hauteur (H2) supérieure ou égale à 0,2 mm.
11. Brûleur à gaz (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ratio D2/D1 entre le diamètre intérieur (D2) d’un orifice (21) du corps de brûleur (2) et le diamètre extérieur (D1) du sommet (590) du rebord (59) d’un orifice (58) disposé en regard de ce même orifice (21) est compris entre 1,2 et 4.
12. Brûleur à gaz (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz est de l’hydrogène.