FR2730793A1 - Atmospheric burner for water heater - Google Patents

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Abstract

The burner has at least one venturi tube (1) mounted at an angle and feeding a gas-air charge to a chamber (9). The angle and dimensions of the venturi are selected to form an aeration characteristic close to the stoichiometric ratio and preferably around .8 ensuring a homogenous profile at the burner outlet. The venturi can have a lower part (4) and a ring section which converges (5) and is positioned above the injector.

Description

La présente invention est relative à un dispositif destiné à équiper les chaudières à alimentation à gaz. Elle vise plus particulièrement les brûleurs équipant les chauffe-eau, les chauffe-bains et les chaudières à gaz et qui réalisent au sein d'une chambre, la combustion naturelle ou assistée d'un prémélange constitué d'un comburant, notamment de l'air, et d'un carburant, notamment du type gaz. The present invention relates to a device intended to equip boilers with gas supply. It relates more particularly to the burners equipping water heaters, bath heaters and gas boilers and which carry out within a chamber, natural or assisted combustion of a premix consisting of an oxidizer, in particular of air, and a fuel, in particular of the gas type.

Le brûleur, objet de l'invention, cherche à réaliser à la fois un double objectif, d'une part, une diminution des émissions de polluants des flammes et d'autre part, une stabilisation des flammes, tout en respectant les conditions optimales physiques et mécaniques de la combustion. Ainsi, le brûleur atmosphérique dans son dimensionnement doit
- garantir un écoulement et un entrainement optimal des espèces gazeuses, comburant et carburant,
- diminuer les pertes de charge hydrauliques,
- augmenter le taux relatif du comburant primaire.The burner, object of the invention, seeks to achieve both a double objective, on the one hand, a reduction in pollutant emissions from the flames and on the other hand, a stabilization of the flames, while respecting the optimal physical conditions and combustion mechanics. Thus, the atmospheric burner in its dimensioning must
- guarantee an optimal flow and training of gaseous, oxidizing and fuel species,
- reduce hydraulic pressure losses,
- increase the relative rate of the primary oxidizer.

Les dispositifs de brûleurs connus comportent généralement une batterie de rampes obtenues par emboutissage d'une tôle métallique et au sommet desquelles on réalise la combustion du carburant, notamment du gaz, au sein d'un comburant, particulièrement de l'air. Néanmoins, ces agencements de brûleurs sont d'une architecture rudimentaire, telle qu'une succession de canaux rectilignes dont le profil ne favorise nullement le rendement de la combustion par l'apport d'un air secondaire au sein du mélange composé par le combustible et l'air primaire. En outre, cette disposition n'est pas optimale pour la conduite de la combustion et principalement au niveau de la stabilité de la flamme et de son homogénéité. Known burner devices generally comprise a battery of ramps obtained by stamping a metal sheet and at the top of which the combustion of fuel, in particular gas, is carried out within an oxidizer, particularly air. However, these burner arrangements are of a rudimentary architecture, such as a succession of rectilinear channels whose profile in no way promotes the efficiency of combustion by the supply of secondary air within the mixture composed of the fuel and primary air. In addition, this arrangement is not optimal for the conduct of combustion and mainly in terms of the stability of the flame and its homogeneity.

La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients, en proposant un dispositif de brûleur tel que l'air secondaire nécessaire à la combustion complète soit mélangé intimement, en partie ou en totalité au volume d'air présent en sortie de brûleur, celui-ci étant composé en proportion adéquate du combustible à enflammer et de l'air primaire de combustion qui lui est associé, permettant ainsi de stabiliser et d'accrocher les flammes en sortie de brûleur.  The present invention therefore aims to remedy these drawbacks by proposing a burner device such that the secondary air necessary for complete combustion is intimately mixed, in part or in whole, with the volume of air present at the burner outlet, ci being composed in adequate proportion of the fuel to be ignited and the primary combustion air associated with it, thus making it possible to stabilize and catch the flames at the outlet of the burner.

A cet effet, le brûleur atmosphérique, objet de l'invention, se caractérise en ce qu'il est constitué d'au moins un tube venturi, de préférence incliné, alimentant en prémélange air-gaz au moins une chambre, l'inclinaison et les dimensions du venturi étant choisies de manière à réaliser un taux d'aération d'air primaire au voisinage de la stoechiométrie et de préférence supérieur à environ 0.8 et à garantir un profil homogène de débit en sortie de brûleur. To this end, the atmospheric burner, object of the invention, is characterized in that it consists of at least one venturi tube, preferably inclined, supplying an air-gas premix with at least one chamber, the inclination and the dimensions of the venturi being chosen so as to achieve a primary air ventilation rate in the vicinity of the stoichiometry and preferably greater than about 0.8 and to guarantee a homogeneous flow profile at the burner outlet.

Les caractéristiques du brûleur selon l'invention, tel que défini ci-dessus, permettent d'obtenir une réduction importante des taux de NOx. The characteristics of the burner according to the invention, as defined above, make it possible to obtain a significant reduction in the NOx levels.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures
- la figure 1 est une vue en élévation frontale et en coupe, d'un brûleur selon l'invention
- la figure 2 est une vue en élévation frontale et en coupe, d'un brûleur selon une variante de l'invention
- la figure 3 est une vue en perspective d'une sortie de flamme coiffant le brûleur, objet de l'invention
- la figure 4 est une vue en perspective d'une variante de sortie de flamme coiffant le brûleur, objet de l'invention
- la figure 5 est une vue de dessus et en coupe, d'un brûleur selon l'invention
- la figure 6 est une vue en élévation latérale et en coupe, d'un brûleur selon l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended drawings which illustrate an embodiment thereof devoid of any limiting character. In the figures
- Figure 1 is a front elevational view in section of a burner according to the invention
- Figure 2 is a front elevational view in section of a burner according to a variant of the invention
- Figure 3 is a perspective view of a flame outlet covering the burner, object of the invention
- Figure 4 is a perspective view of a variant flame outlet covering the burner, object of the invention
- Figure 5 is a top view in section of a burner according to the invention
- Figure 6 is a side elevational view in section of a burner according to the invention.

Selon un mode préféré de réalisation du brûleur, objet de l'invention, celui-ci comporte un tube venturi 1, obtenu par la réunion de deux demi-coquilles 2, 3 réalisées à partir de l'emboutissage d'une feuille métallique, notamment en tôle aluminée, inox réfractaire ou céramique. Le tube venturi est de forme complexe, il se décompose de la manière suivante:
- en partie inférieure 4, une section annulaire convergente 5, devant être positionnée au-dessus de la nourrice d'injection,
- cette section 5 est reliée à une première partie tubulaire 6, cylindrique ou faiblement conique et également convergente.Dans cet exemple de réalisation non limitatif, cette partie 6 s'étend globalement sur la demi-longueur de la partie tubulaire totale,
- une deuxième partie tubulaire 7, connectée à la précédente, de longueur sensiblement égale dans cet exemple de réalisation non limitatif, conique mais divergente, et reliée,
- en partie supérieure 8, à une section beaucoup plus évasée, formant chambre de mélange 9 et dont la section droite transversale est sensiblement rectangulaire.According to a preferred embodiment of the burner, object of the invention, it comprises a venturi tube 1, obtained by the combination of two half-shells 2, 3 produced from the stamping of a metal sheet, in particular in aluminized sheet, refractory stainless steel or ceramic. The venturi tube is complex in shape, it breaks down as follows:
- in the lower part 4, a converging annular section 5, to be positioned above the injection manifold,
- this section 5 is connected to a first tubular part 6, cylindrical or slightly conical and also convergent. In this nonlimiting embodiment, this part 6 extends generally over the half-length of the total tubular part,
a second tubular part 7, connected to the previous one, of substantially equal length in this nonlimiting embodiment, conical but divergent, and connected,
- In the upper part 8, to a much more flared section, forming mixing chamber 9 and whose cross section is substantially rectangular.

De préférence, on choisira les longueurs des différents éléments du brûleur, mesurées le long de la ligne d'écoulement du pré-mélange air-gaz selon la répartition ci-après
- partie supérieure 8 (chambre de mélange 9) : 35 à 45 %,
- deuxième partie tubulaire 7 : 35 à 45 %,
- première partie tubulaire 6 : 5 à 25 %,
- partie inférieure 4 : 5 %.Preferably, the lengths of the different elements of the burner will be chosen, measured along the flow line of the air-gas premix according to the distribution below.
- upper part 8 (mixing chamber 9): 35 to 45%,
- second tubular part 7: 35 to 45%,
- first tubular part 6: 5 to 25%,
- lower part 4: 5%.

La partie frontale de cette chambre de mélange est destinée à recevoir, notamment par emboîtement, de préférence relativement étanche, un couvercle 10 réalisé dans un matériau réfractaire qui pourrait être similaire à celui du tube venturi, pourvu d'orifices 11. Ce couvercle 10 constitue la sortie de flamme et présente une surface supérieure 12 dont le profil est plan selon un premier mode de réalisation, ou selon un deuxième mode de réalisation, le profil est conique ou tronconique. The front part of this mixing chamber is intended to receive, in particular by interlocking, preferably relatively sealed, a cover 10 made of a refractory material which could be similar to that of the venturi tube, provided with orifices 11. This cover 10 constitutes the flame outlet and has an upper surface 12 whose profile is planar according to a first embodiment, or according to a second embodiment, the profile is conical or frustoconical.

Selon l'invention, on utilisera de préférence une sortie de flamme de forme conique ou tronconique car elle permet d'obtenir une flamme stable, "décrochée", générant donc peu de perte de charge sur l'écoulement du mélange air-gaz et une température faible réduisant les taux de NOx. According to the invention, it is preferable to use a conical or frustoconical flame outlet because it allows a stable, "off-hook" flame to be obtained, thus generating little pressure drop over the flow of the air-gas mixture and a low temperature reducing NOx levels.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les orifices 11 disposés uniformément sur la sortie de flamme 10 plane ou conique sont constitués de fentes 13 transversales à l'axe longitudinal de la sortie de flamme et/ou de trous 14. According to an advantageous characteristic of the invention, the orifices 11 arranged uniformly on the planar or conical flame outlet 10 consist of slots 13 transverse to the longitudinal axis of the flame outlet and / or holes 14.

Selon l'invention, la configuration géométrique, la répartition, les dimensions des fentes et des trous 13, 14 sont ajustées en fonction des exigences de stabilité des flammes.According to the invention, the geometrical configuration, the distribution, the dimensions of the slots and the holes 13, 14 are adjusted according to the flame stability requirements.

La configuration d'un tube venturi 1 pourvu d'une sortie de flamme 10 conique, tronconique ou plane, telle que décrite précédemment, assure un taux d'aération d'air primaire au voisinage de la stoechiomérie et préférentiellement supérieur à environ 0.8. The configuration of a venturi tube 1 provided with a conical, frustoconical or planar flame outlet 10, as described above, ensures a primary air aeration rate in the vicinity of the stoichiometry and preferably greater than about 0.8.

Le brûleur, objet de l'invention, est obtenu par la juxtaposition d'une pluralité de modules 15 composés d'au moins un tube venturi, l'assemblage étant effectué par l'intermédiaire des plans de joint 16, constitués lors de la solidarisation des deux demi-coquilles 2, 3. The burner, object of the invention, is obtained by the juxtaposition of a plurality of modules 15 composed of at least one venturi tube, the assembly being carried out by means of the joint planes 16, formed during the joining of the two half-shells 2, 3.

Ainsi, selon un mode préféré, un module 15 peut être constitué d'un tube venturi 1, ou, selon un autre mode de réalisation, de deux tubes venturi, inclinés en sens inverse, conformant un angle divergent par rapport aux orifices d'injection, positionnés en partie inférieure du brûleur. Thus, according to a preferred embodiment, a module 15 can consist of a venturi tube 1, or, according to another embodiment, of two venturi tubes, inclined in opposite directions, forming a divergent angle relative to the injection orifices. , positioned in the lower part of the burner.

Selon une première variante (cf. figure 1), chaque module 15 simple muni d'un tube venturi conserve sa propre chambre de mélange 9 et sa propre sortie de flamme 10, plane, conique ou tronconique et selon une deuxième variante (cf. figure 2), dans une application constituée d'un module double, les deux tubes venturi 1 mettent en commun chacune de leur chambre de mélange 9 en partie supérieure et dans la zone proche de l'axe de symétrie 17 central, les sorties de flamme 10 sont également réunies de manière à conformer un couvercle unique et présentent aussi un profil plan, conique ou tronconique. According to a first variant (cf. FIG. 1), each simple module 15 provided with a venturi tube retains its own mixing chamber 9 and its own flame outlet 10, planar, conical or frustoconical and according to a second variant (cf. FIG. 2), in an application consisting of a double module, the two venturi tubes 1 share each of their mixing chamber 9 in the upper part and in the zone close to the central axis of symmetry 17, the flame outputs 10 are also joined together to form a single cover and also have a flat, conical or frustoconical profile.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les tubes venturi 1 des modules simple ou double sont positionnés selon un angle a divergent compris entre 0 et 30 degrés, préférentiellement voisin de 150 par rapport à l'axe de symétrie 17. According to another advantageous characteristic of the invention, the venturi tubes 1 of the single or double modules are positioned at a divergent angle a of between 0 and 30 degrees, preferably close to 150 with respect to the axis of symmetry 17.

L'invention décrite ci-dessus offre de multiples avantages, tels que notamment l'obtention d'une flamme primaire de combustion au voisinage de la stoechiométrie dont la zone de contact avec la surface de sortie est faible et donc peu propice à l'échauffement, et d'une flamme secondaire de combustion surstoechiométrique dans laquelle est réalisée l'oxydation des produits issus de la combustion primaire. The invention described above offers multiple advantages, such as in particular obtaining a primary combustion flame in the vicinity of the stoichiometry whose contact area with the outlet surface is small and therefore not very conducive to heating. , and a secondary flame of superstoichiometric combustion in which the oxidation of the products resulting from the primary combustion is carried out.

I1 demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. Ainsi, la deuxième partie tubulaire 7 du brûleur selon l'exemple de réalisation décrit ci-dessus peut être intégrée à la chambre de mélange 9, constituant ainsi une zone conique à section elliptique et surface variable. Dans ce cas, ladite zone conique à section elliptique et surface variable possède une longueur représentant 70 % de la longueur totale du brûleur, mesurée le long de la ligne d'écoulement du mélange air-gaz.  I1 of course remains that the present invention is not limited to the embodiments described and shown above, but that it encompasses all variants thereof. Thus, the second tubular part 7 of the burner according to the embodiment described above can be integrated into the mixing chamber 9, thus constituting a conical zone with elliptical section and variable surface. In this case, said conical zone with elliptical section and variable surface has a length representing 70% of the total length of the burner, measured along the flow line of the air-gas mixture.

Claims (15)

REVENDICATIONS 1 - Brûleur atmosphérique pour chauffe-eau, chauffe-bain et pour chaudière à gaz, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un tube venturi (1), de préférence incliné, alimentant en pré-mélange air-gaz au moins une chambre (9), l'inclinaison et les dimensions du venturi étant choisies de manière à réaliser un taux d'aération d'air primaire au voisinage de la stoechiomérie et de préférence supérieur à environ 0.8 et à garantir un profil homogène de débit en sortie de brûleur. 1 - Atmospheric burner for water heater, bath heater and for gas boiler, characterized in that it consists of at least one venturi tube (1), preferably inclined, supplying air-gas pre-mixture with at least one chamber (9), the inclination and the dimensions of the venturi being chosen so as to achieve a primary air aeration rate in the vicinity of the stoichiometry and preferably greater than about 0.8 and to guarantee a homogeneous flow profile at the burner outlet. 2 - Brûleur atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube venturi (1) comporte 2 - Atmospheric burner according to claim 1, characterized in that the venturi tube (1) comprises - en partie inférieure (4), une section annulaire (5) convergente, devant être positionnée au-dessus de la nourrice d'injection, - in the lower part (4), a converging annular section (5), to be positioned above the injection manifold, - cette section (5) est reliée à une première partie tubulaire (6), cylindrique ou faiblement conique et également convergente, - this section (5) is connected to a first tubular part (6), cylindrical or slightly conical and also convergent, - une deuxième partie tubulaire (7), connectée à la précédente, conique mais divergente, et reliée, - a second tubular part (7), connected to the previous one, conical but divergent, and connected, - en partie supérieure (8), à une section beaucoup plus évasée, formant chambre de mélange (9) et dont la section droite transversale est sensiblement rectangulaire. - In the upper part (8), with a much more flared section, forming mixing chamber (9) and whose cross section is substantially rectangular. 3 - Brûleur atmosphérique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on choisit les longueurs des différents éléments du brûleur, selon la ligne d'écoulement du pré-mélange air-gaz selon la répartition ci-après 3 - Atmospheric burner according to claim 2, characterized in that the lengths of the different elements of the burner are chosen, according to the flow line of the air-gas pre-mixture according to the distribution below - partie supérieure 8 (chambre de mélange 9) : 35 à 45 %, - upper part 8 (mixing chamber 9): 35 to 45%, - deuxième partie tubulaire 7 : 35 à 45 %, - second tubular part 7: 35 to 45%, - première partie tubulaire 6 : 5 à 25 %, - first tubular part 6: 5 to 25%, - partie inférieure 4 : 5 %. - lower part 4: 5%. 4 - Brûleur atmosphérique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite deuxième partie tubulaire (7) est intégrée à la chambre de mélange (9), constituant ainsi une zone conique à section elliptique et surface variable. 4 - Atmospheric burner according to one of claims 1 or 2, characterized in that said second tubular part (7) is integrated into the mixing chamber (9), thus constituting a conical area with elliptical section and variable surface. 5 - Brûleur atmosphérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite zone conique à section elliptique et surface variable possède une longueur représentant 70 % de la longueur totale du brûleur, mesurée le long de la ligne d'écoulement du mélange air-gaz. 5 - Atmospheric burner according to claim 4, characterized in that said conical zone with elliptical section and variable surface has a length representing 70% of the total length of the burner, measured along the flow line of the air-gas mixture. 6 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie frontale de la chambre de mélange est destinée à recevoir, notamment par emboîtement un couvercle (10) pourvu d'orifices (11), conformant la sortie de flamme. 6 - Atmospheric burner according to any one of the preceding claims, characterized in that the front part of the mixing chamber is intended to receive, in particular by fitting a cover (10) provided with orifices (11), conforming the outlet of flame. 7 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie de flamme (10) présente une surface supérieure dont le profil est plan. 7 - Atmospheric burner according to any one of the preceding claims, characterized in that the flame outlet (10) has an upper surface whose profile is planar. 8 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie de flamme (10) présente une surface supérieure dont le profil est conique ou tronconique. 8 - Atmospheric burner according to any one of the preceding claims, characterized in that the flame outlet (10) has an upper surface whose profile is conical or frustoconical. 9 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie de flamme (10) plane, conique ou tronconique est constituée de fentes transversales (13) à l'axe longitudinal de la sortie de flamme (10) et/ou de trous (14). 9 - atmospheric burner according to any one of the preceding claims, characterized in that the flame outlet (10) planar, conical or frustoconical consists of slots transverse (13) to the longitudinal axis of the flame outlet (10) and / or holes (14). 10 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l'on ajuste la configuration géométrique, la répartition et les dimensions des fentes (13) et des trous (14) en fonction des exigences de la stabilité de la flamme. 10 - Atmospheric burner according to any one of claims 5 to 9, characterized in that one adjusts the geometric configuration, the distribution and the dimensions of the slots (13) and the holes (14) according to the requirements of stability of flame. 11 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est obtenu par la juxtaposition d'une pluralité de modules (15) composés d'au moins un tube venturi (1), l'assemblage étant effectué par l'intermédiaire des plans de joint (16), constitués lors de la solidarisation de deux demi- coquilles (2, 3). 11 - Atmospheric burner according to any one of the preceding claims, characterized in that it is obtained by the juxtaposition of a plurality of modules (15) composed of at least one venturi tube (1), the assembly being carried out by means of the joint planes (16), formed during the joining of two half-shells (2, 3). 12 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un module comporte deux tubes venturi, inclinés en sens inverse, conformant un angle a divergent par rapport aux orifices d'injection, positionnés en partie inférieure du brûleur. 12 - Atmospheric burner according to any one of the preceding claims, characterized in that a module comprises two venturi tubes, inclined in opposite directions, conforming to a diverging angle relative to the injection orifices, positioned in the lower part of the burner. 13 - Brûleur atmosphérique selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque module (15) simple muni d'un tube venturi (1) conserve sa propre chambre de mélange et sa propre sortie de flamme, plane, conique ou tronconique. 13 - Atmospheric burner according to any of the preceding claims, characterized in that each single module (15) provided with a venturi tube (1) retains its own mixing chamber and its own flame outlet, flat, conical or frustoconical. 14 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans une application constituée d'un assemblage de modules double, les deux tubes venturi (1) mettent en commun chacune de leur chambre de mélange (9) en partie supérieure et dans la zone proche de l'axe de symétrie (17) central, les sorties de flamme (10) étant éventuellement réunies de manière à former un couvercle unique et présentant un profil plan, conique ou tronconique. 14 - Atmospheric burner according to any one of the preceding claims, characterized in that, in an application consisting of an assembly of double modules, the two venturi tubes (1) share each of their mixing chamber (9) in upper part and in the zone close to the central axis of symmetry (17), the flame exits (10) being possibly joined so as to form a single cover and having a planar, conical or frustoconical profile. 15 - Brûleur atmosphérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes venturi (1) des modules (15) simple ou double sont positionnés selon un angle divergent a compris entre 0 et 30 , et préférentiellement voisin de 15 par rapport à l'axe de symétrie (17).  15 - Atmospheric burner according to any one of the preceding claims, characterized in that the venturi tubes (1) of the single or double modules (15) are positioned at a divergent angle a between 0 and 30, and preferably close to 15 by relative to the axis of symmetry (17).
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