Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
1
DESCRIPTION
TITRE : 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 prénnélange air/gaz ou
brûleurs prénnix ,
permettent une parfaite maîtrise du prénnélange de gaz et d'air (voir par
exemple le brûleur
décrit dans le document W02014006103). Les rejets polluants sont ainsi
considérablement
réduits.
Cependant, dans le cas de brûleur prénnix, 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 prénnix 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
W02014006103.
Par ailleurs, durant le fonctionnement de ce brûleur à prénnélange 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
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
2
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 prérnélange air/gaz offrira une plage de
fonctionnement
différente en fonction de la nature du gaz utilisé et de sa vitesse de
propagation.
A 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.
EXPOSE DE L'INVENTION
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
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
3
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 Dl 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 :
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
4
- 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 axialennent 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 radialennent 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
coaxialennent 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
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
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.
5 - 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 :
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée des éléments constituant un
mode de
réalisation possible du brûleur à gaz conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective de ce même brûleur, dont les
différents éléments
sont en position assemblée ;
- la figure 3 est une vue en perspective du distributeur de gaz du brûleur à
gaz de la figure
1;
- la figure 4 est une vue en perspective éclatée des différents éléments
constituant le
distributeur de gaz de la figure 3 ;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale du brûleur à gaz, prise selon
le plan de coupe
passant par la ligne V-V de la figure 2;
- la figure 6 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 figure 7 ;
- la figure 7 est une vue de détail agrandie du corps du brûleur et du
distributeur représenté
sur la figure 5.
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
6
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 figure 1, 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 figure 6). 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
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
7
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
figure 5. 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 figure 5, 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.
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
8
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 axialernent 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 radialernent 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 figure 7, 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
radialernent
interne dans le logement central cylindrique 53. Les deux parois 54, 54' se
rejoignent entre
elles, au niveau de leurs extrémités radialernent externes, par une zone de
jonction qui
définit le bord longitudinal radialernent 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 figure 3, 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 radialernent 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 radialernent 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.
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
9
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 axialennent 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 figure 3. 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 axialennent 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.
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
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
5 58 (et donc son rebord 59) soit coaxial avec un orifice 21 et son rebord
22 du corps de brûleur
2, (voir sur la figure 6 l'alignement des axes Z1-Z'1 et Z2-Z'2).
Dimensions :
Comme on peut le voir sur la figure 6, 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
10 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
radialernent 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
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
11
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 Raz 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 radialennent 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 figure 4, 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).
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
12
L'épaulement annulaire 814 permet ainsi de bloquer axialennent 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
axialennent 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 figure 5, on peut
voir que le
disque 70 coopère avec le logement 817 pour bloquer axialennent 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 angulairennent 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 figure 1. A cet effet, des détronnpeurs 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 figure 1.
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.
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
13
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 figure 4, 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 al en figure
5), 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 radialernent vers l'extérieur en longeant les
parois 54 ou 54'
(flèches a3 sur la figure 7) 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 figure 6).
Enfin, l'air s'échappe
au travers des rebords 22 (flèches a5 sur la figure 6).
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 gl sur la figure 5), puis est entraîné
selon un
mouvement hélicoïdal (flèche g2 sur la figure 5) 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.
CA 03223831 2023-12-14
WO 2023/213820 PCT/EP2023/061565
14
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 figure 6), puis pénètre ensuite dans les orifices 21 et les rebords 22
(flèches g6 sur la
figure 6) 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.
