BRULEUR A GAZ A FLAMME INTERNE, DE COMPACITE ELEVEE

HIGHLY COMPACT INTERNAL FLAME GAS BURNER

English Abstract

Internal flame gas burner comprising a gas injector, a vacuum tube, or venturi tube, ensuring an induction of primary air, a pot, and a cap, the cap covering the pot and together with the pot defining an annular distribution chamber for a fuel mixture of air and gas, the vacuum tube having an inlet open to the ambient air, first and second longitudinal sections having, respectively, convergent and divergent profiles, and an outlet opening into the annular chamber, and the vacuum tube extends longitudinally along an axis inscribed in a mid-plane of the annular chamber, has a length at most equal to twice the greatest distance separating the internal edge of the chamber from the centre of this chamber, and in that the tube opens into the chamber according to a radial direction in relation to the internal edge of the latter and in that said chamber is provided with a dividing baffle of the fuel mixture, shaped in the form of an arc of a circle and arranged between the outlet of the tube and at least some of the outlet openings of flames arranged opposite said outlet.

French Abstract

L'invention vise un brûleur à gaz à flamme interne, comprenant
un injecteur de gaz, un tube à dépression ou venturi assurant
une induction d'air primaire, un pot, et un chapeau, le chapeau
coiffant le pot et délimitant conjointement avec le pot une
chambre annulaire de distribution d'un mélange combustible
dl air et de gaz, le tube à dépression présentant une entrée
ouverte à l'air atmosphérique, des première et seconde sections
longitudinales présentant respectivement des profils convergent
et divergent, et une sortie débouchant dans la chambre
annulaire, où le tube à dépression s'étend longitudinalement
suivant un axe sensiblement inscrit dans un plan médian de la
chambre annulaire, présente une longueur au plus égale au
double de la plus grande distance séparant le bord interne de
la chambre du centre de cette chambre, et débouche dans la
chambre suivant une direction radiale par rapport au bord
interne de celle-ci, et où la chambre annulaire comprend une
chicane de répartition du mélange combustible, conformée en arc
de cercle et interposée entre la sortie du tube, et des
orifices de sortie de flammes disposés en regard de cette
sortie.

Claims

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REVENDICATIONS
1. Brûleur à gaz à flamme interne, comprenant un injecteur de
gaz, un tube à dépression ou venturi assurant une induction
d'air primaire, un pot, et un chapeau, le chapeau coiffant le
pot et délimitant conjointement avec le pot une chambre
annulaire de distribution d'un mélange combustible d'air et de
gaz, la chambre présentant un bord interne qui entoure le
centre de cette chambre et qui est percé d'orifices de sortie
de flammes, et le tube à dépression présentant une entrée
ouverte à l'air atmosphérique, des première et seconde sections
longitudinales présentant respectivement des profils convergent
et divergent, et une sortie débouchant dans la chambre
annulaire, la première section prenant naissance à l'entrée du
tube, la seconde section succédant à la première section et se
terminant à la sortie du tube, l'injecteur étant relativement
plus proche de l' entrée du tube à dépression que de la sortie
de ce tube, où le tube à dépression s'étend longitudinalement
suivant un axe sensiblement inscrit dans un plan médian de la
chambre annulaire, présente une longueur au plus égale au
double de la plus grande distance séparant le bord interne de
la chambre du centre de cette chambre, et débouche dans la
chambre suivant une direction radiale par rapport au bord
interne de celle-ci, et où la chambre annulaire comprend une
chicane de répartition du mélange combustible, conformée en arc
de cercle et interposée entre la sortie du tube, et des
orifices de sortie de flammes disposés en regard de cette
sortie.
2. Brûleur à gaz à flamme interne suivant la revendication 1,
où le bord interne de la chambre annulaire est circulaire.
3. Brûleur à gaz à flamme interne suivant la revendication 1
ou 2, où la longueur du tube est au plus égale au diamètre du
bord interne de la chambre.

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4. Brûleur à gaz à flamme interne suivant la revendication 2
ou 3, où la longueur du tube est au plus égale au rayon du bord
interne de la chambre.
5. Brûleur à gaz à flamme interne suivant l'une quelconque
des revendications 1 à 4, où la sortie du tube présente
respectivement, dans le plan médian et perpendiculairement au
plan médian, une largeur et une hauteur, la hauteur étant
inférieure à la largeur.
6. Brûleur à gaz à flamme interne suivant la revendication 5,
où la seconde section du tube présente, perpendiculairement au
plan médian, une hauteur sensiblement constante jusqu'à la
sortie du tube.
7. Brûleur à gaz à flamme interne suivant la revendication 6,
où la seconde section du tube et la chambre présentent,
perpendiculairement au plan médian, des hauteurs sensiblement
égales.
8. Brûleur à gaz à flamme interne suivant la revendication 7,
où la chicane occupe une partie seulement de la hauteur de la
chambre, et est disposée plus près du chapeau que du pot.
9. Brûleur à gaz à flamme interne suivant l'une quelconque
des revendications 1 à 8, ce brûleur comprenant également un
dispositif de maintien de l'injecteur, incluant lui-même un
conduit d'arrivée de gaz, une platine, et un étrier,
l'injecteur étant monté à une extrémité libre du conduit
d'arrivée de gaz, la platine étant solidaire du tube à
dépression et présentant une ouverture en regard de l'entrée de
ce tube, et l'étrier étant solidaire de la platine et
supportant le conduit d'arrivée de gaz à distance de
l'ouverture de la platine.

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10. Brûleur à gaz à flamme interne suivant l'une quelconque
des revendications 1 à 9, où l'injecteur débouche dans la
première section du tube à dépression.
11. Brûleur à gaz à flamme interne suivant l'une quelconque
des revendications 1 à 10, où le tube à dépression est formé de
deux parties sensiblement symétriques l'une de l'autre par
rapport au plan médian de la chambre annulaire.

Description

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BRULEUR A GAZ A FLAMME INTERNE, DE COMPACITE ELEVEE.
L'invention concerne, de façon générale, le domaine des
brûleurs à gaz dits "à flamme interne", c'est-à-dire
5' dont les flammes convergent vers un point de
concentration de chaleur.
Plus précisément, l'invention concerne un brûleur à gaz
à flamme interne, comprenant un injecteur de gaz, un
tube à dépression, ou venturi, assurant une induction
d'air primaire, un pot, et un chapeau, le chapeau
coiffant le pot et délimitant conjointement avec le pot
une chambre annulaire de distribution d'un mélange
combustible d'air et de gaz, la chambre présentant un
bord interne qui entoure le centre de cette chambre et
qui est percé d'orifices de~sortie de flammes, et le
tube à dépression présentant une entrée ouverte à l'air
atmosphérique, des première et seconde sections
longitudinales présentant respectivement des profils
convergent et divergent, et une sortie débouchant dans
la chambre annulaire, la première section prenant
naissance à l'entrée du tube, la seconde section
succédant à la première section et se terminant à la
sortie du tube, et l'injecteur étant relativement plus
proche de l'entrée du tube à dépression que de la
sortie de ce tube.
Les brûleurs à gaz tels que ceux qui équipent
traditionnellement les tables de cuisson et les
fourneaux professionnels sont conçus de manière que le
mélange combustible soit admis dans la chambre
annulaire par un mouvement ascendant, et appartiennent
au type de brûleurs dits "à flamme externe", dans

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lesquels les flammes divergent radialement vers
l'extérieur.
En termes de performance, de fiabilité, et de viabilité
économique, ces brûleurs donnent des résultats
globalement assez satisfaisants, mais néanmoins
susceptibles d'être optimisés et obtenus au prix d'un
encombrement important.
Des développements plus récents ont conduit à
l'apparition de brûleurs du type dit "à flamme interne"
tel que précédemment défini, c'est-à-dire dans lesquels
les flammes convergent vers un point central.
Les brûleurs de ce type, par exemple décrits dans les
documents de brevets JP-11-211089 et JP-2000-97409,
présentent intrinsèquement d'intéressantes propriétés
en termes de dynamique de modulation de puissance, de
rendement énergétique, et de réduction des pertes
calorifiques, la dynamique de modulation étant
représentée par le rapport du plus grand débit
susceptible d'être atteint tout en conservant une
combustion hygiénique et une flamme collée à l'orifice
de sortie, au plus petit débit susceptible d'être
atteint sans retour de flamme dans cet orifice de
sortie.
Bien que structurellement différents des brûleurs à
flamme externe, les brûleurs à flamme interne restent
cependant dérivés des premiers par l'application de
principes de conception traditionnels, et héritent donc
d'une partie des caractéristiques de ces premiers
brûleurs.

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Dans ce contexte, l'invention a pour but de proposer un brûleur
à flamme interne de conception autonome par rapport aux
brûleurs à flamme interne, et donc exempt des limitations
attribuables à ces derniers.
L'invention vise donc un brûleur à gaz à flamme interne,
comprenant un injecteur de gaz, un tube à dépression ou venturi
assurant une induction d'air primaire, un pot, et un chapeau,
le chapeau coiffant le pot et délimitant conjointement avec le
pot une chambre annulaire de distribution d'un mélange
combustible d'air et de gaz, la chambre présentant un bord
interne qui entoure le centre de cette chambre et qui est percé
d'orifices de sortie de flammes, et le tube à dépression
présentant une entrée ouverte à l'air atmosphérique, des
première et seconde sections longitudinales présentant
respectivement des profils convergent et divergent, et une
sortie débouchant dans la chambre annulaire, la première
section prenant naissance à l'entrée du tube, la seconde
section succédant à la première section et se terminant à la
sortie du tube, l'injecteur étant relativement plus proche de
l'entrée du tube à dépression que de la sortie de ce tube, où
le tube à dépression s'étend longitudinalement suivant un axe
sensiblement inscrit dans un plan médian de la chambre
annulaire, présente une longueur au plus égale au double de la
plus grande distance séparant le bord interne de la chambre du
centre de cette chambre, et débouche dans la chambre suivant
une direction radiale par rapport au bord interne de celle-ci,
et où la chambre annulaire comprend une chicane de répartition
du mélange combustible, conformée en arc de cercle et
interposée entre la sortie du tube, et des orifices de sortie
de flammes disposés en regard de cette sortie.
Le bord interne de la chambre annulaire est par exemple
circulaire, la longueur du tube étant alors au plus égale au
diamètre du bord interne de la chambre, ou même au plus égale
au rayon de ce bord interne.

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La chicane occupe avantageusement une partie seulement de la
hauteur de la chambre, et est disposée plus près du chapeau que
du pot.
De préférence, la sortie du tube présente respectivement, dans
le plan médian et perpendiculairement au plan médian, une
largeur et une hauteur, la hauteur étant inférieure à la
largeur.
Dans ce cas, il est avantageux de prévoir que la seconde
section du tube présente, perpendiculairement au plan médian,
une hauteur sensiblement constante jusqu'à la sortie du tube.
La seconde section du tube et la chambre peuvent alors
présenter, perpendiculairement au plan médian, des hauteurs
sensiblement égales.
Le brûleur à gaz de l'invention peut par ailleurs comprendre un
dispositif de maintien de l'injecteur, incluant lui-même un
conduit d'arrivée de gaz, une platine, et un étrier,
l'injecteur étant monté à une extrémité libre du conduit
d'arrivée de gaz, la platine étant solidaire du tube à
dépression et présentant une ouverture en regard de l'entrée de
ce tube, et l'étrier étant solidaire de la platine et
supportant le conduit d'arrivée de gaz à distance de
l'ouverture de la platine.
L'injecteur débouche de préférence dans la première section du
tube à dépression.

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Enfin, le tube à dépression peut être formé de deux
parties sensiblement symétriques l'une de l'autre par
rapport au plan médian de la chambre annulaire.
5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront clairement de la description qui en est
faite ci-après, à titre indicatif et nullement
limitatif, en référence aux dessins annexés, dans
lesquels
to
la figure 1 est une vue en perspective partiellement
éclatée d'un brûleur conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un brûleur
conforme à l'invention, représenté complet et observé
du côté de son injecteur ;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un brûleur
conforme à l'invention, observé avant montage de son
chapeau et de la moitié supérieure de son tube à
dépression ;
- la figure 4 est une vue en coupe d'un brûleur
conforme à l'invention, la coupe étant réalisée suivant
un plan contenant l'axe du tube à dépression et
perpendiculaire au plan médian de la chambre annulaire
la figure 5 est une vue en perspective de la moitié
inférieure du tube à dépression d'un brûleur conforme à
l'invention, observé du côté de sa sortie ;

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6
la figure 6 est une vue en perspective de la moitié
inférieure du tube à dépression d'un brûleur conforme à
l'invention, observé du côté de son entrée ; et
- la figure 7 est une vue en perspective du tube à
dépression d'un brûleur conforme à l'invention, observé
du côté de sa sortie.
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un
brûleur à gaz à flamme interne.
Comme le montrent les documents de brevets japonais
précités, un tel brûleur comprend un injecteur de gaz
1, un tube à dépression 2, un pot 3, et un chapeau 4.
Le tube à dépression 2, encore appelé "venturi", a pour
rôle d'assurer une induction d'air primaire de
combustion, cette induction d'air, ou aspiration,
résultant de la dépression provoquée dans le tube 2 par
le gaz sortant de l'injecteur 1, et s'accompagnant de
turbulences grâce auxquelles l'air primaire se mélange
au gaz.
Le chapeau 4 coiffe le pot 3 et délimite, conjointement
avec ce pot 3, une chambre annulaire 5 dont le bord
interne 51 entoure le centre 50 de cette chambre, et
présente des orifices 510 de sortie de flammes.
L'air et le gaz en provenance du tube 2 finit de se
mélanger de façon intime dans cette chambre 5, le
mélange combustible qui en résulte se répartissant de
façon homogène et étant distribué vers les orifices 510
de sortie de flammes, où il est enflammé et brûle avec
un apport d'air secondaire environnant.

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Le tube à dépression 2 présente une entrée 20 ouverte à
l'air atmosphérique, une première section longitudinale
21, une seconde section longitudinale 22, et une sortie
23 débouchant dans la chambre annulaire 5.
La première section 21 prend naissance à l'entrée 20 du
tube 2 et présente un profil convergent.
La seconde section 22 succède à la première section 21,
présente un profil divergent, et se termine à la sortie
23 du tube.
Par ailleurs, l'injecteur 1 est disposé à plus grande
proximité de l'entrée 20 du tube à dépression 2 que de
la sortie 23 de ce tube.
Selon l'invention, d'une part le tube à dépression 2
s'étend longitudinalement suivant un axe X qui est
sensiblement contenu dans le plan médian P de la
chambre annulaire 5.
Et d'autre part, ce tube 2 présente une longueur L2 qui
est au plus égale au double de la plus grande distance
R séparant le bord interne 51 de la chambre 5 du centre
50 de cette chambre.
Dans le cas préféré où le bord interne 51 de la chambre
annulaire 5 est circulaire, la longueur L2 du tube 2
est donc au plus égale au double du rayon R de ce bord
interne 51, c'est-à-dire au diamètre de ce même bord
51.

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En pratique, il est même avantageux de donner au tube 2
une longueur L2 au plus égale au rayon R du bord
interne 51 de la chambre 5.
Comme le montrent notamment les figures 3 et 4, le tube
à dépression 2 débouche dans la chambre 5 suivant une
direction radiale par rapport au bord interne 51 de
cette chambre.
Pour obtenir une distribution homogène du mélange
combustible vers les différents orifices 510, la
chambre 5 est équipée d'une chicane 6, conformée en arc
de cercle et interposée entre la sortie 23 du tube 2 et
ceux des orifices 510 de sortie de flammes qui sont
disposés en regard de cette sortie 23.
La chicane 6 est par exemple fixée au chapeau 4 (figure
4) et en tout cas disposée de préférence plus près du
chapeau 4 que du pot 3, cette chicane n'occupant qu'une
partie seulement de la hauteur H5 de la chambre.
Selon un aspect très avantageux de l'invention (figure
7), la largeur L23 de la sortie 23 du tube 2, c'est-à-
dire la dimension que présente cette sortie 23 dans le
plan médian P de la chambre 5, est supérieure à la
hauteur H2 de cette sortie 23, c'est-à-dire à la
dimension que présente la sortie 23 du tube 2
perpendiculairement au plan médian P de la chambre 5.
Concrètement, la largeur L23 de la sortie 23 du tube 2
est pratiquement égale au double de la hauteur H2 de
cette sortie.

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Comme le montre la figure 5, la seconde section 22 du
tube à dépression 2 peut présenter, perpendiculairement
au plan médian P, une hauteur sensiblement constante
jusqu'à la sortie 23 du tube, et donc égale à la
hauteur H2 de cette sortie 23.
En outre, la hauteur H2 de la seconde section 22 du
tube 2 (figure 4) est avantageusement égale à la
hauteur H5 de la chambre 5.
Le brûleur à gaz à flamme interne de l'invention
comprend par ailleurs un dispositif 7 de maintien de
l'injecteur 1, ce dispositif incluant lui-même un
conduit 71 d'arrivée dé gaz, une platine 72, et un
étrier 73.
L'injecteur est monté à l'extrémité libre 710 du
conduit 71 d'arrivée de gaz, ce conduit étant maintenu
par l'étrier 73.
La platine 72 est solidaire du tube à dépression 2 et
présente, en regard de l'entrée 20 de ce tube 2, une
ouverture 720 qui favorise la circulation d'air
primaire dans le tube 2.
L'étrier 73, qui est solidaire de la platine 72,
supporte le conduit 71 d'arrivée de gaz à distance de
l'ouverture de la platine 72, dégageant ainsi cette
ouverture pour favoriser encore la circulation d'air.
Comme le montre le mieux la figure 4, l'injecteur 1
débouche dans la première section 21 du tube à
dépression 2, tout près de la zone de raccordement des
première et seconde sections.

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Enfin, comme le montrent le mieux les figures 5 à 7, le
tube à dépression 2 est avantageusement formé d'un
empilement de deux parties 2A et 2B, ces deux parties
5 pouvant donc être sensiblement symétriques l'une de
l'autre par rapport au plan médian P de la chambre
annulaire 5.

Representative Drawing